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Description
液晶パネルを用いる表示装置、または有機ELパネルを用いる表示装置に関する。また
、該表示装置を有する電子機器に関する。
The present invention relates to a display device using a liquid crystal panel or a display device using an organic EL panel. The present invention also relates to an electronic device having the display device.
近年、液晶パネルを用いる表示装置や有機ELパネルを用いる表示装置の開発が盛んで
ある。この表示装置には、大別して画素制御用のトランジスタ(画素トランジスタ)のみ
を基板上に形成して走査回路(駆動回路)は周辺ICで行うものと、画素トランジスタと
ともに走査回路を同一基板上に形成するものに分類される。
In recent years, there has been active development of display devices using liquid crystal panels and display devices using organic EL panels. There are two types of display devices: those in which only transistors for pixel control (pixel transistors) are formed on a substrate and the scanning circuit (drive circuit) performed by a peripheral IC, and those in which the scanning circuit is formed together with pixel transistors on the same substrate. It is classified as something that does.
表示装置の狭額縁化または周辺ICのコスト低減のため、駆動回路一体型の表示装置の
方が、有利である。しかしながら、駆動回路に用いるトランジスタとしては、画素トラン
ジスタに用いられる電気特性(例えば、電界効果移動度(μFE)またはしきい値等)よ
りも、高い電気特性が求められる。
A display device with an integrated drive circuit is more advantageous in order to narrow the frame of the display device or reduce the cost of peripheral ICs. However, transistors used in drive circuits are required to have higher electrical characteristics than those used in pixel transistors (eg, field effect mobility (μFE), threshold value, etc.).
トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られている
が、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。例えば、トランジスタに用いる
半導体薄膜として、電子キャリア濃度が1018/cm3未満であるインジウム(In)
、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む非晶質酸化物を用いたトランジスタが開示
されている(例えば、特許文献1参照)。
Although silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, oxide semiconductors are attracting attention as other materials. For example, indium (In) with an electron carrier concentration of less than 10 18 /cm 3 is used as a semiconductor thin film used in transistors.
A transistor using an amorphous oxide containing , gallium (Ga), and zinc (Zn) has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
酸化物半導体を半導体層に用いるトランジスタは、シリコン系半導体材料である非晶質
シリコンを半導体層に用いるトランジスタよりも電界効果移動度が大きいため、動作速度
が速く、駆動回路一体型の表示装置には好適であり、且つ多結晶シリコンを半導体層に用
いるトランジスタよりも製造工程が容易である。
Transistors that use oxide semiconductors for their semiconductor layers have higher field-effect mobility than transistors that use amorphous silicon, which is a silicon-based semiconductor material, for their semiconductor layers, so they operate faster and can be used in display devices with integrated drive circuits. is preferable, and the manufacturing process is easier than that of a transistor using polycrystalline silicon for the semiconductor layer.
しかし、酸化物半導体を半導体層に用いるトランジスタは、酸化物半導体に水素、水分
等の不純物が入り込むことによってキャリアが形成され、該トランジスタの電気特性が変
動するという問題がある。
However, a transistor using an oxide semiconductor as a semiconductor layer has a problem in that carriers are formed when impurities such as hydrogen and moisture enter the oxide semiconductor, and the electrical characteristics of the transistor vary.
上述した問題を解決するために、トランジスタのチャネル形成領域として用いる酸化物
半導体膜中の水素原子の濃度を1×1016cm-3未満とすることで、信頼性を向上さ
せたトランジスタが開示されている(例えば、特許文献2)。
In order to solve the above-mentioned problems, a transistor is disclosed in which reliability is improved by reducing the concentration of hydrogen atoms in an oxide semiconductor film used as a channel formation region of the transistor to less than 1×10 16 cm −3 . (For example, Patent Document 2).
特許文献2にも記載されているように、酸化物半導体膜を半導体層に用いるトランジス
タは、その電気特性を十分に維持するためには、水素、水分等を該酸化物半導体膜より極
力排除することが重要である。
As described in Patent Document 2, in order to sufficiently maintain the electrical characteristics of a transistor using an oxide semiconductor film as a semiconductor layer, it is necessary to exclude hydrogen, moisture, etc. from the oxide semiconductor film as much as possible. This is very important.
また、表示装置の画素領域及び駆動回路領域の双方にトランジスタを用いる場合、駆動
方法にも依存するが、画素領域よりも駆動回路領域に用いるトランジスタの方が、電気的
負荷が大きいため、駆動回路領域に用いるトランジスタの電気特性が重要となる。
Furthermore, when using transistors in both the pixel area and the drive circuit area of a display device, although it depends on the driving method, the transistors used in the drive circuit area have a larger electrical load than the pixel area, so the drive circuit The electrical characteristics of the transistor used in the region are important.
とくに、酸化物半導体膜を半導体層に用いるトランジスタを、画素領域及び駆動回路領
域に用いた表示装置では、高温高湿環境下の信頼性試験において、駆動回路領域に用いる
トランジスタの劣化が問題になっている。該トランジスタの劣化原因としては、トランジ
スタ上に形成された有機絶縁膜から、半導体層に用いる酸化物半導体膜へ水分等が入り込
み、該酸化物半導体膜のキャリア密度が増加するためである。
In particular, in display devices that use transistors in the pixel region and drive circuit region that use an oxide semiconductor film as the semiconductor layer, deterioration of the transistors used in the drive circuit region has become a problem in reliability tests under high temperature and high humidity environments. ing. The cause of the deterioration of the transistor is that moisture or the like enters an oxide semiconductor film used as a semiconductor layer from an organic insulating film formed over the transistor, and the carrier density of the oxide semiconductor film increases.
そこで、本発明の一態様は、画素領域及び駆動回路領域にトランジスタを有する表示装
置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることを課題の一とす
る。とくに、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物半導体膜を用いた表示装置におい
て、該酸化物半導体膜への水素、水分の入り込みを抑制し、電気特性の変動を抑制すると
共に、信頼性を向上させることを課題の一とする。
Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to suppress fluctuations in electrical characteristics and improve reliability in a display device that includes transistors in a pixel region and a driver circuit region. In particular, in a display device using an oxide semiconductor film in a channel formation region of a transistor, it is possible to suppress hydrogen and moisture from entering the oxide semiconductor film, suppress fluctuations in electrical characteristics, and improve reliability. is one of the challenges.
上述した課題に鑑み、本発明の一態様では、画素領域及び駆動回路領域に用いるトラン
ジスタを有する表示装置において、トランジスタの電気特性の変動を抑制することができ
る構造を提供する。より具体的には、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物半導体膜
を用い、該トランジスタ上に設けられた有機絶縁材料により形成された平坦化膜の構造に
特徴を持たせ、水素、水分が酸化物半導体膜、特に駆動回路領域に用いる酸化物半導体膜
に入り込みづらい構造とする。より具体的には以下の通りである。
In view of the above-mentioned problems, one embodiment of the present invention provides a structure in which variation in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed in a display device including transistors used in a pixel region and a driver circuit region. More specifically, an oxide semiconductor film is used in the channel formation region of a transistor, and the structure of the planarization film formed from an organic insulating material provided on the transistor is made to have characteristics, so that hydrogen and moisture are absorbed into the oxide. The structure is such that it is difficult to penetrate into the semiconductor film, especially the oxide semiconductor film used in the drive circuit region. More specifically, it is as follows.
本発明の一態様は、画素電極と、該画素電極と電気的に接続される少なくとも一つの第
1のトランジスタを含む画素が複数個配列されている画素領域と、画素領域の外側に隣接
し、該画素領域の各画素に含まれる第1のトランジスタに信号を供給する少なくとも一つ
の第2のトランジスタを含む駆動回路領域と、が形成された第1の基板と、第1の基板と
対向するように設けられた第2の基板と、第1の基板と第2の基板間に挟持された液晶層
と、を有し、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタ上に無機絶縁材料で形成された
第1の層間絶縁膜と、第1の層間絶縁膜上に有機絶縁材料で形成された第2の層間絶縁膜
と、第2の層間絶縁膜上に無機絶縁材料で形成された第3の層間絶縁膜と、を有し、第3
の層間絶縁膜は、画素領域上の一部に設けられ、該第3の層間絶縁膜の端部が駆動回路領
域よりも内側に形成されることを特徴とする表示装置である。
One embodiment of the present invention includes a pixel region in which a plurality of pixels including a pixel electrode and at least one first transistor electrically connected to the pixel electrode are arranged, and a pixel region adjacent to the outside of the pixel region; a first substrate formed with a drive circuit region including at least one second transistor that supplies a signal to a first transistor included in each pixel of the pixel region; a second substrate provided on the substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the first substrate and the second substrate, and formed of an inorganic insulating material on the first transistor and the second transistor. a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film formed of an organic insulating material on the first interlayer insulating film, and a third interlayer insulating film formed of an inorganic insulating material on the second interlayer insulating film. an insulating film;
The display device is characterized in that the interlayer insulating film is provided on a part of the pixel region, and the end portion of the third interlayer insulating film is formed inside the drive circuit region.
上記構成において、画素電極上に設けられた第1の配向膜と、第1の配向膜上に形成さ
れた液晶層と、液晶層上に設けられた第2の配向膜と、第2の配向膜上に設けられた対向
電極と、対向電極上に設けられた有機保護絶縁膜と、有機保護絶縁膜上に設けられた有色
膜及び遮光膜と、有色膜及び遮光膜上に設けられた第2の基板と、を有していてもよい。
In the above structure, a first alignment film provided on the pixel electrode, a liquid crystal layer formed on the first alignment film, a second alignment film provided on the liquid crystal layer, and a second alignment film provided on the liquid crystal layer. A counter electrode provided on the film, an organic protective insulating film provided on the counter electrode, a colored film and a light-shielding film provided on the organic protective insulating film, and a second electrode provided on the colored film and light-shielding film. It may have two substrates.
また、本発明の他の一態様は、画素電極と、該画素電極と電気的に接続される少なくと
も一つの第1のトランジスタを含む画素が複数個配列されている画素領域と、画素領域の
外側に隣接し、該画素領域の各画素に含まれる第1のトランジスタに信号を供給する少な
くとも一つの第2のトランジスタを含む駆動回路領域と、が形成された第1の基板と、第
1の基板と対向するように設けられた第2の基板と、第1の基板と第2の基板間に挟持さ
れた発光層と、を有し、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタ上に無機絶縁材料で
形成された第1の層間絶縁膜と、第1の層間絶縁膜上に有機絶縁材料で形成された第2の
層間絶縁膜と、第2の層間絶縁膜上に無機絶縁材料で形成された第3の層間絶縁膜と、を
有し、第3の層間絶縁膜は、画素領域上の一部に設けられ、該第3の層間絶縁膜の端部が
駆動回路領域よりも内側に形成されることを特徴とする表示装置である。
Further, another embodiment of the present invention provides a pixel region in which a plurality of pixels including a pixel electrode and at least one first transistor electrically connected to the pixel electrode are arranged, and a pixel region outside the pixel region. a drive circuit region adjacent to the pixel region and including at least one second transistor that supplies a signal to a first transistor included in each pixel of the pixel region; and a light emitting layer sandwiched between the first and second substrates, and an inorganic insulating material is provided on the first transistor and the second transistor. a first interlayer insulating film formed of an organic insulating material on the first interlayer insulating film; and a second interlayer insulating film formed of an inorganic insulating material on the second interlayer insulating film. a third interlayer insulating film, the third interlayer insulating film is provided on a part of the pixel region, and an end of the third interlayer insulating film is formed inside the drive circuit region. This is a display device characterized by:
上記構成において、画素電極上に設けられた発光層と、発光層上に設けられた電極と、
を有していてもよい。
In the above configuration, a light emitting layer provided on the pixel electrode, an electrode provided on the light emitting layer,
It may have.
また、上記各構成において、第3の層間絶縁膜は、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン
膜、酸化アルミニウム膜の中から選ばれたいずれか一であると好ましい。
Furthermore, in each of the above configurations, the third interlayer insulating film is preferably one selected from a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, and an aluminum oxide film.
また、上記各構成において、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタは、チャネル
形成領域を形成する半導体材料が酸化物半導体であると好ましい。また、第1のトランジ
スタ及び第2のトランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上に形成された酸化物半導体
からなる半導体層と、半導体層上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、を有する
構成であると好ましい。
Furthermore, in each of the above structures, it is preferable that the semiconductor material forming the channel formation region of the first transistor and the second transistor is an oxide semiconductor. Furthermore, the first transistor and the second transistor each include a gate electrode, a semiconductor layer made of an oxide semiconductor formed on the gate electrode, and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer. It is preferable that
また、本発明の一態様は、上記各構成の表示装置を有する電子機器も範疇に含めるもの
である。
Further, one embodiment of the present invention also includes an electronic device having a display device having each of the above configurations.
画素領域及び駆動回路領域にトランジスタを有する表示装置において、電気特性の変動
を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。とくに、トランジスタのチャネル
形成領域に酸化物半導体膜を用いた表示装置において、該酸化物半導体膜への水素、水分
の入り込みを抑制し、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができ
る。
In a display device including transistors in a pixel region and a driver circuit region, fluctuations in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved. In particular, in a display device using an oxide semiconductor film in a channel formation region of a transistor, it is possible to suppress hydrogen and moisture from entering the oxide semiconductor film, suppress fluctuations in electrical characteristics, and improve reliability. I can do it.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であ
れば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈
されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that its form and details can be changed in various ways. Further, the present invention is not to be interpreted as being limited to the contents described in the embodiments shown below.
以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用
いる。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ幅、相対的な位置関
係等は、実施の形態において説明する上で明確性のために誇張して示される。
In the embodiments described below, the same reference numerals are used in different drawings. Note that the constituent elements shown in the drawings, that is, the thicknesses and widths of layers and regions, relative positional relationships, etc., are exaggerated for clarity in describing the embodiments.
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
Further, in this specification and the like, the terms "electrode" and "wiring" do not functionally limit these components. For example, an "electrode" may be used as part of a "wiring" and vice versa. Furthermore, the terms "electrode" and "wiring" can refer to multiple "electrodes" and "wiring".
This also includes cases where "wiring" is formed integrally.
また、本明細書等において、窒化酸化シリコン膜とは、窒素と、酸素と、シリコンと、
を成分として含有し、且つ、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い膜である。また、酸
化窒化シリコン膜とは、酸素と、窒素と、シリコンと、を成分として含有し、且つ、酸素
の含有量が窒素の含有量よりも多い膜である。
In addition, in this specification and the like, a silicon nitride oxide film refers to nitrogen, oxygen, silicon,
It is a film containing as a component, and the nitrogen content is higher than the oxygen content. Further, a silicon oxynitride film is a film that contains oxygen, nitrogen, and silicon as components, and the oxygen content is greater than the nitrogen content.
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合
や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このた
め、本明細書等においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いること
ができるものとする。
Furthermore, the functions of "source" and "drain" may be interchanged when transistors with different polarities are used, or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms "source" and "drain" can be used interchangeably.
(実施の形態1)
本実施の形態では、表示装置の一形態として、液晶パネルを用いた表示装置について図
1及び図2を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a display device using a liquid crystal panel will be described as one form of a display device with reference to FIGS. 1 and 2.
図1(A)、(B)、(C)に表示装置の一形態として、表示装置の上面図を示す。な
お、図1(A)は、表示装置全体を、図1(B)は、表示装置の駆動回路部の一部分を、
図1(C)は画素領域の一部分の上面図を、それぞれ示す。また、図2は、図1(A)に
おけるX1-Y1の断面図に相当する。
FIGS. 1A, 1B, and 1C show top views of a display device as one form of the display device. Note that FIG. 1(A) shows the entire display device, and FIG. 1(B) shows a part of the drive circuit section of the display device.
FIG. 1C shows a top view of a portion of the pixel area. Further, FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along the line X1-Y1 in FIG. 1(A).
図1(A)に示す表示装置において、第1の基板102上に設けられた画素領域142
と、画素領域142の外側に隣接し、該画素領域142に信号を供給する駆動回路領域で
あるゲートドライバ回路部140及びソースドライバ回路部144を囲むようにして、シ
ール材166が設けられ、第2の基板152によって封止されている。また、画素領域1
42と、ゲートドライバ回路部140及びソースドライバ回路部144が設けられた第1
の基板102と対向するように第2の基板152が設けられている。よって画素領域14
2と、ゲートドライバ回路部140と、ソースドライバ回路部144とは、第1の基板1
02とシール材166と第2の基板152によって、表示素子と共に封止されている。
In the display device shown in FIG. 1A, a
A sealing
42, and a first circuit provided with a gate
A
2, the gate
02, a sealing
また、図1(A)においては、第1の基板102上のシール材166によって囲まれて
いる領域とは異なる領域に、画素領域142、ゲートドライバ回路部140、ソースドラ
イバ回路部144と電気的に接続されているFPC端子部146(FPC:Flexib
le printed circuit)が設けられており、FPC端子部146には、
FPC148が接続され、画素領域142、ゲートドライバ回路部140、及びソースド
ライバ回路部144に与えられる各種信号、及び電位は、FPC148により供給されて
いる。
In addition, in FIG. 1A, the
The
An
また、図1(A)においては、ゲートドライバ回路部140及びソースドライバ回路部
144を画素領域142と同じ第1の基板102に形成している例を示しているが、この
構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部140のみを第1の基板102に形
成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成された基板(例えば、単結晶半導体膜、
多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、第1の基板102に実装する構成として
も良い。
Further, although FIG. 1A shows an example in which the gate
A drive circuit board formed of a polycrystalline semiconductor film) may be mounted on the
また、図1(A)においては、ゲートドライバ回路部140は画素領域142の両側に
2つ配置する構成について例示しているが、この構成に限定されない。例えば、画素領域
142の片側にのみゲートドライバ回路部140を配置する構成としても良い。
Further, although FIG. 1A illustrates a configuration in which two gate
なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、COG
(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tap
e Automated Bonding)方法などを用いることができる。また、表示
装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC
等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
Note that the method of connecting the separately formed drive circuit board is not particularly limited, and COG
(Chip On Glass) method, wire bonding method, or TAB (Tap
e.Automated Bonding) method, etc. can be used. In addition, the display device includes a panel in which a display element is sealed, and an IC that includes a controller in the panel.
This includes modules that are in a state where they are implemented.
このように、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素領域142と同じ
第1の基板102上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
In this way, part or all of the driver circuit including the transistor can be integrally formed over the same
また、図1(C)においては、画素領域142に、第1のトランジスタ101、容量素
子107が形成されている。第1のトランジスタ101は、半導体層108に対して、ゲ
ート電極104、ソース電極110、及びドレイン電極112が、それぞれ電気的に接続
されている。また、図1(C)に示す平面図においては、図示しないが、第1のトランジ
スタ101上には、無機絶縁材料で形成された第1の層間絶縁膜と、第1の層間絶縁膜上
に有機絶縁材料で形成された第2の層間絶縁膜と、第2の層間絶縁膜上に無機絶縁材料で
形成された第3の層間絶縁膜が形成されている。また、容量素子107は、容量電極11
8と、容量電極118上に形成された第3の層間絶縁膜と、該第3の層間絶縁膜上に形成
された画素電極122により構成されている。
Further, in FIG. 1C, the
8, a third interlayer insulating film formed on the
また、図1(B)においては、駆動回路領域であるゲートドライバ回路部140に、第
2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ105が形成されている。また、ゲー
トドライバ回路部140の各トランジスタは、半導体層108に対して、ゲート電極10
4、ソース電極110、及びドレイン電極112が、それぞれ電気的に接続されている。
また、ゲートドライバ回路部140においては、ゲート電極104を含むゲート線が左右
方向に延在し、ソース電極110を含むソース線が上下方向に延在し、ドレイン電極11
2を含むドレイン線がソース電極と離間して上下方向に延在している。
Further, in FIG. 1B, a
4. The
Furthermore, in the gate
A drain line including 2 is spaced apart from the source electrode and extends in the vertical direction.
第2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ105を含むゲートドライバ回路
部140は、画素領域142の各画素に含まれる第1のトランジスタ101に信号を供給
することができる。
The gate
また、ゲートドライバ回路部140における第2のトランジスタ103、及び第3のト
ランジスタ105は、各種信号の制御、及び昇圧等を行うために、比較的高い電圧が必要
となる。具体的には、10V~30V程度の電圧が必要となる。一方、画素領域142に
おける第1のトランジスタ101は、画素のスイッチングのために用いるのみであるため
、数V~20V程度の電圧で駆動することができる。そのため、ゲートドライバ回路部1
40における第2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ105は、画素領域1
42における第1のトランジスタ101と比較し、与えられるストレスが非常に大きい構
成となる。
Further, the
The
Compared to the
図1(A)、(B)、(C)に示す表示装置の構成をより具体的に説明するため、図1
(A)、(B)、(C)におけるX1-Y1の断面図に相当する図2を用いて、ゲートド
ライバ回路部140、及び画素領域142の構成について、以下説明を行う。
In order to more specifically explain the configuration of the display device shown in FIGS. 1(A), (B), and (C), FIG.
The configurations of the gate
画素領域142において、第1の基板102と、第1の基板102上に形成されたゲー
ト電極104と、ゲート電極104上に形成されたゲート絶縁膜106と、ゲート絶縁膜
106と接し、ゲート電極104と重畳する位置に設けられた半導体層108と、ゲート
絶縁膜106、及び半導体層108上に形成されたソース電極110及びドレイン電極1
12と、により、第1のトランジスタ101が形成されている。
In the
12, the
また、画素領域142において、第1のトランジスタ101上、より詳しくはゲート絶
縁膜106、半導体層108、ソース電極110、及びドレイン電極112上に無機絶縁
材料で形成された第1の層間絶縁膜114と、第1の層間絶縁膜114上に有機絶縁材料
で形成された第2の層間絶縁膜116と、第2の層間絶縁膜116上に形成された容量電
極118と、第2の層間絶縁膜116及び容量電極118上に無機絶縁材料で形成された
第3の層間絶縁膜120と、第3の層間絶縁膜120上に形成された画素電極122と、
を有している。
Further, in the
have.
なお、容量電極118と、第3の層間絶縁膜120と、画素電極122と、により容量
素子107が形成されている。容量電極118、第3の層間絶縁膜120、及び画素電極
122を、それぞれ、可視光において、透光性を有する材料により形成することで、画素
領域の開口率を損ねることなく大きな容量を確保することができるので、好適である。
Note that the
また、画素電極122上には、第1の配向膜124と、第1の配向膜124上に設けら
れた液晶層162と、液晶層162上に設けられた第2の配向膜164と、第2の配向膜
164上に設けられた対向電極158と、対向電極158上に設けられた有機保護絶縁膜
156と、有機保護絶縁膜156上に設けられた有色膜153及び遮光膜154と、有色
膜153及び遮光膜154上に設けられた第2の基板152と、を有する。
Further, on the
なお、画素電極122と、第1の配向膜124と、液晶層162と、第2の配向膜16
4と、対向電極158と、により表示素子である液晶素子150が形成されている。
Note that the
4 and the
ゲートドライバ回路部140において、第1の基板102と、第1の基板102上に形
成されたゲート電極104と、ゲート電極104上に形成されたゲート絶縁膜106と、
ゲート絶縁膜106と接し、ゲート電極104と重畳する位置に設けられた半導体層10
8と、ゲート絶縁膜106、及び半導体層108上に形成されたソース電極110及びド
レイン電極112と、により、第2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ10
5が形成されている。
In the gate
A
8, the
5 is formed.
また、ゲートドライバ回路部140において、第2のトランジスタ103及び第3のト
ランジスタ105上、より詳しくはゲート絶縁膜106、及び半導体層108、ソース電
極110、及びドレイン電極112上に形成された第1の層間絶縁膜114と、第1の層
間絶縁膜114上に形成された第2の層間絶縁膜116が形成されている。
In addition, in the gate
すなわち、第3の層間絶縁膜120は、画素領域142上の一部に設けられ、第3の層
間絶縁膜120の端部が駆動回路領域であるゲートドライバ回路部140よりも内側に形
成される。
That is, the third
このような構成とすることによって、外部から取り込まれる水分、または表示装置内部
で生じた水分、水素等のガスをゲートドライバ回路部140の第2の層間絶縁膜116か
ら上部へ放出することができる。したがって、第1のトランジスタ101、第2のトラン
ジスタ103、及び第3のトランジスタ105内部に水分、水素等のガスが取り込まれる
のを抑制することができる。
With this configuration, moisture taken in from the outside or moisture generated inside the display device, gas such as hydrogen can be released upward from the second
なお、有機絶縁材料により形成される第2の層間絶縁膜116は、表示装置を構成する
トランジスタの凹凸等を低減するために、平坦性の高い有機絶縁材料が必要とされる。こ
れは、トランジスタの凹凸等を低減することにより、表示装置の画質を向上させることが
できるためである。しかしながら、該有機絶縁材料は加熱等により、水素、水分、または
有機成分をガスとして放出してしまう。
Note that the second
しかし、半導体層108に、例えば、シリコン系半導体材料であるシリコン膜を用いた
トランジスタにおいては、上述の水素、水分、または有機成分のガスが大きな問題になる
可能性が低い。しかし、本発明の一態様においては、半導体層108に酸化物半導体膜を
用いるため、有機絶縁材料により形成される第2の層間絶縁膜116からのガスを外部に
好適に放出させる必要がある。なお、第3の層間絶縁膜120の端部が駆動回路領域であ
るゲートドライバ回路部140よりも内側に形成される構成は、半導体層108を酸化物
半導体膜により形成した場合において、優れた効果を奏する。ただし、半導体層108に
酸化物半導体以外の材料(例えば、シリコン系半導体材料である非晶質シリコン、結晶性
シリコンなど)により形成したトランジスタにおいても、同様の効果が得られる。
However, in a transistor in which a silicon film, which is a silicon-based semiconductor material, is used for the
また、有機絶縁材料で形成された第2の層間絶縁膜116上に形成される無機絶縁材料
で形成された第3の層間絶縁膜120は、本実施の形態においては、容量素子107の誘
電体として用いる。また、無機絶縁材料で形成された第3の層間絶縁膜120は、外部か
ら第2の層間絶縁膜116に入り込む水素、水分等を抑制することができる。
Further, in this embodiment, the third
しかしながら、第3の層間絶縁膜120をゲートドライバ回路部140に用いる第2の
トランジスタ103及び第3のトランジスタ105上の第2の層間絶縁膜116上に形成
すると、第2の層間絶縁膜116に用いる有機絶縁材料から放出されるガスを外部に拡散
することができず、第2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ105内部に入
り込む。
However, when the third
上述した有機絶縁材料から放出されるガスが、トランジスタの半導体層108に用いる
酸化物半導体に入り込むと、酸化物半導体膜中で不純物として取り込まれ、該半導体層1
08を用いたトランジスタの特性が変動してしまう。
When the gas released from the organic insulating material described above enters the oxide semiconductor used for the
The characteristics of the transistor using 08 will vary.
しかし、図2に示すように、ゲートドライバ回路部140に用いる第2のトランジスタ
103、及び第3のトランジスタ105上の第3の層間絶縁膜120が開口された構成、
すなわち第3の層間絶縁膜120が、画素領域142の一部に設けられ、第3の層間絶縁
膜120の端部がゲートドライバ回路部140よりも内側に形成される構成とすることに
よって、第2の層間絶縁膜116から放出されるガスを、外部へ拡散できる構造とするこ
とができる。
However, as shown in FIG. 2, a configuration in which the third
That is, the third
なお、図2に示すように、画素領域142に用いる第1のトランジスタ101において
も、半導体層108の重畳する位置の無機絶縁材料で形成された第3の層間絶縁膜120
が除去された構成が好ましい。このような構成とすることで、有機絶縁材料で形成された
第2の層間絶縁膜116から放出されるガスが、第1のトランジスタ101へ入り込むの
を抑制することができる。
Note that, as shown in FIG. 2, also in the
A configuration in which the is removed is preferable. With this structure, gas released from the second
ここで、図1及び図2に示す表示装置の他の構成要素について、以下詳細な説明を行う
。
Here, other components of the display device shown in FIGS. 1 and 2 will be described in detail below.
第1の基板102及び第2の基板152としては、アルミノシリケートガラス、アルミ
ノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料を用いる。量産する上
では、第1の基板102及び第2の基板152は、第8世代(2160mm×2460m
m)、第9世代(2400mm×2800mm、または2450mm×3050mm)、
第10世代(2950mm×3400mm)等のマザーガラスを用いることが好ましい。
マザーガラスは、処理温度が高く、処理時間が長いと大幅に収縮するため、マザーガラス
を使用して量産を行う場合、作製工程の加熱処理は、好ましくは600℃以下、さらに好
ましくは450℃以下、さらに好ましくは350℃以下とすることが望ましい。
As the
m), 9th generation (2400mm x 2800mm or 2450mm x 3050mm),
It is preferable to use mother glass such as 10th generation (2950 mm x 3400 mm).
Mother glass shrinks significantly when the processing temperature is high and the processing time is long, so when mass production is performed using mother glass, the heat treatment in the manufacturing process is preferably 600°C or lower, more preferably 450°C or lower. , more preferably 350°C or less.
なお、第1の基板102及びゲート電極104の間に下地絶縁膜を設けてもよい。下地
絶縁膜としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリ
コン膜、酸化ガリウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化アルミニウム膜
、酸化窒化アルミニウム膜等がある。なお、下地絶縁膜として、窒化シリコン膜、酸化ガ
リウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化アルミニウム膜等を用いること
で、第1の基板102から不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等が半導体層10
8へ入り込むのを抑制することができる。
Note that a base insulating film may be provided between the
8 can be suppressed.
ゲート電極104としては、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデ
ン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、
上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン
、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、
ゲート電極104は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコ
ンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、
窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層
する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する
二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタ
ン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングス
テン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数
組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
The
It can be formed using an alloy or the like that is a combination of the above-mentioned metal elements. Further, a metal element selected from one or more of manganese and zirconium may be used. Also,
The
A two-layer structure in which a titanium film is laminated on a titanium nitride film, a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a titanium nitride film, a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a tantalum nitride film or a tungsten nitride film, a titanium film, There is a three-layer structure in which an aluminum film is laminated on the titanium film, and a titanium film is further formed on top of the aluminum film. Furthermore, a film of an element selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium, an alloy film of a combination of these elements, or a nitride film may be used for aluminum.
また、ゲート電極104は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム
酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸
化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添
加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また
、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
In addition, the
また、ゲート電極104とゲート絶縁膜106との間に、In-Ga-Zn系酸窒化物
半導体膜、In-Sn系酸窒化物半導体膜、In-Ga系酸窒化物半導体膜、In-Zn
系酸窒化物半導体膜、Sn系酸窒化物半導体膜、In系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜(
InN、ZnN等)等を設けてもよい。これらの膜は5eV以上、好ましくは5.5eV
以上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半
導体を用いたトランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマ
リーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、In-Ga-Zn系酸窒化物半
導体膜を用いる場合、少なくとも半導体層108より高い窒素濃度、具体的には7原子%
以上のIn-Ga-Zn系酸窒化物半導体膜を用いる。
Further, between the
-based oxynitride semiconductor film, Sn-based oxynitride semiconductor film, In-based oxynitride semiconductor film, metal nitride film (
InN, ZnN, etc.) may also be provided. These films have a voltage of 5 eV or more, preferably 5.5 eV
Since the work function is higher than that of the electron affinity of the oxide semiconductor, the threshold voltage of the transistor using the oxide semiconductor can be shifted positively, and switching with so-called normally-off characteristics can be achieved. element can be realized. For example, when using an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film, the nitrogen concentration is at least higher than that of the
The above In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film is used.
ゲート絶縁膜106としては、例えば酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜
またはGa-Zn系金属酸化物膜、などを用いればよく、積層または単層で設ける。なお
、半導体層108との界面特性を向上させるため、ゲート絶縁膜106において少なくと
も半導体層108と接する領域は酸化絶縁膜で形成することが好ましい。
As the
また、ゲート絶縁膜106に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を
設けることで、半導体層108からの酸素の外部への拡散と、外部から半導体層108へ
水素、水等が入り込むのを防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有
する絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒
化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフ
ニウム等がある。
Furthermore, by providing the
また、ゲート絶縁膜106を積層構造とし、第1の窒化シリコン膜として、欠陥が少な
い窒化シリコン膜とし、第1の窒化シリコン膜上に、第2の窒化シリコン膜として、水素
放出量及びアンモニア放出量の少ない窒化シリコン膜を設け、第2の窒化シリコン膜上に
酸化絶縁膜を設けることで、ゲート絶縁膜106として、欠陥が少なく、且つ水素及びア
ンモニアの放出量の少ないゲート絶縁膜106を形成することができる。この結果、ゲー
ト絶縁膜106に含まれる水素及び窒素が、半導体層108へ移動することを抑制するこ
とが可能である。
Further, the
また、ゲート絶縁膜106に窒化シリコン膜を用いることで、以下の効果を得ることが
できる。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率が高く、同等の静電容量
を得るのに必要な膜厚が大きいため、ゲート絶縁膜を物理的に厚膜化することができる。
よって、第1のトランジスタ101、第2のトランジスタ103、及び第3のトランジス
タ105の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、表示装置に用いるト
ランジスタの静電破壊を抑制することができる。
Further, by using a silicon nitride film for the
Therefore, it is possible to suppress a decrease in the dielectric strength voltage of the
また、ゲート電極104として銅を用い、ゲート電極104に接するゲート絶縁膜10
6に窒化シリコン膜を用いる場合、銅とアンモニア分子が反応することを抑制するために
当該窒化シリコン膜は、加熱によるアンモニア分子放出量をできる限り低減することが好
ましい。
Further, copper is used as the
When a silicon nitride film is used for No. 6, the silicon nitride film preferably reduces the amount of ammonia molecules released by heating as much as possible in order to suppress the reaction between copper and ammonia molecules.
酸化物半導体膜を半導体層108に用いるトランジスタにおいて、酸化物半導体膜及び
ゲート絶縁膜の界面またはゲート絶縁膜中に捕獲準位(界面準位ともいう。)があると、
トランジスタのしきい値電圧の変動、代表的にはしきい値電圧のマイナスシフト、及びト
ランジスタがオン状態となるときにドレイン電流が一桁変化するのに必要なゲート電圧を
示すサブスレッショルド係数(S値)の増大の原因となる。この結果、トランジスタごと
に電気特性がばらつくという問題がある。このため、ゲート絶縁膜として、欠陥の少ない
窒化シリコン膜を用いることで、しきい値電圧のマイナスシフト、及びトランジスタの電
気特性のばらつきを低減することができる。
In a transistor using an oxide semiconductor film as the
The variation in the threshold voltage of a transistor, typically a negative shift in the threshold voltage, and the subthreshold coefficient (S value). As a result, there is a problem that electrical characteristics vary from transistor to transistor. Therefore, by using a silicon nitride film with few defects as the gate insulating film, a negative shift in the threshold voltage and variations in the electrical characteristics of the transistor can be reduced.
また、ゲート絶縁膜106として、ハフニウムシリケート(HfSiOx)、窒素が添
加されたハフニウムシリケート(HfSixOyNz)、窒素が添加されたハフニウムア
ルミネート(HfAlxOyNz)、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのhigh
-k材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
Further, as the
By using -k material, gate leakage of transistors can be reduced.
ゲート絶縁膜106の厚さは、5nm以上400nm以下、より好ましくは10nm以
上300nm以下、より好ましくは50nm以上250nm以下とするとよい。
The thickness of the
半導体層108は、酸化物半導体を用い、少なくともインジウム(In)若しくは亜鉛
(Zn)を含むことが好ましい。または、InとZnの双方を含むことが好ましい。また
、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共
に、スタビライザーの一または複数を有することが好ましい。
The
スタビライザーとしては、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ハフニウム(Hf)、ア
ルミニウム(Al)、またはジルコニウム(Zr)等がある。また、他のスタビライザー
としては、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(
Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム
(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビ
ウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等があ
る。
Examples of the stabilizer include gallium (Ga), tin (Sn), hafnium (Hf), aluminum (Al), and zirconium (Zr). Other stabilizers include lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), and praseodymium (
Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium ( Yb), lutetium (Lu), etc.
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In-Zn系金
属酸化物、Sn-Zn系金属酸化物、Al-Zn系金属酸化物、Zn-Mg系金属酸化物
、Sn-Mg系金属酸化物、In-Mg系金属酸化物、In-Ga系金属酸化物、In-
W系金属酸化物、In-Ga-Zn系金属酸化物(IGZOとも表記する)、In-Al
-Zn系金属酸化物、In-Sn-Zn系金属酸化物、Sn-Ga-Zn系金属酸化物、
Al-Ga-Zn系金属酸化物、Sn-Al-Zn系金属酸化物、In-Hf-Zn系金
属酸化物、In-La-Zn系金属酸化物、In-Ce-Zn系金属酸化物、In-Pr
-Zn系金属酸化物、In-Nd-Zn系金属酸化物、In-Sm-Zn系金属酸化物、
In-Eu-Zn系金属酸化物、In-Gd-Zn系金属酸化物、In-Tb-Zn系金
属酸化物、In-Dy-Zn系金属酸化物、In-Ho-Zn系金属酸化物、In-Er
-Zn系金属酸化物、In-Tm-Zn系金属酸化物、In-Yb-Zn系金属酸化物、
In-Lu-Zn系金属酸化物、In-Sn-Ga-Zn系金属酸化物、In-Hf-G
a-Zn系金属酸化物、In-Al-Ga-Zn系金属酸化物、In-Sn-Al-Zn
系金属酸化物、In-Sn-Hf-Zn系金属酸化物、In-Hf-Al-Zn系金属酸
化物を用いることができる。
For example, as oxide semiconductors, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, In-Zn metal oxides, Sn-Zn metal oxides, Al-Zn metal oxides, Zn-Mg metal oxides, Sn- Mg-based metal oxide, In-Mg-based metal oxide, In-Ga-based metal oxide, In-
W-based metal oxide, In-Ga-Zn-based metal oxide (also written as IGZO), In-Al
-Zn-based metal oxide, In-Sn-Zn-based metal oxide, Sn-Ga-Zn-based metal oxide,
Al-Ga-Zn metal oxide, Sn-Al-Zn metal oxide, In-Hf-Zn metal oxide, In-La-Zn metal oxide, In-Ce-Zn metal oxide, In-Pr
-Zn-based metal oxide, In-Nd-Zn-based metal oxide, In-Sm-Zn-based metal oxide,
In-Eu-Zn based metal oxide, In-Gd-Zn based metal oxide, In-Tb-Zn based metal oxide, In-Dy-Zn based metal oxide, In-Ho-Zn based metal oxide, In-Er
-Zn-based metal oxide, In-Tm-Zn-based metal oxide, In-Yb-Zn-based metal oxide,
In-Lu-Zn metal oxide, In-Sn-Ga-Zn metal oxide, In-Hf-G
a-Zn metal oxide, In-Al-Ga-Zn metal oxide, In-Sn-Al-Zn
In-Sn-Hf-Zn-based metal oxides, In-Hf-Al-Zn-based metal oxides can be used.
なお、ここで、例えば、In-Ga-Zn系金属酸化物とは、InとGaとZnを主成
分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、I
nとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
Note that here, for example, an In-Ga-Zn-based metal oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn as main components, and the ratio of In to Ga to Zn does not matter. Also, I
Metal elements other than n, Ga, and Zn may also be contained.
また、酸化物半導体として、InMO3(ZnO)m(m>0、且つ、mは整数でない
)で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれ
た一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、In2SnO
5(ZnO)n(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。
Further, as the oxide semiconductor, a material expressed as InMO 3 (ZnO) m (m>0 and m is not an integer) may be used. Note that M represents one or more metal elements selected from Ga, Fe, Mn, and Co. In addition, as an oxide semiconductor, In 2 SnO
5 (ZnO) n (n>0, and n is an integer) may be used.
例えば、In:Ga:Zn=1:1:1(=1/3:1/3:1/3)、In:Ga:
Zn=2:2:1(=2/5:2/5:1/5)、あるいはIn:Ga:Zn=3:1:
2(=1/2:1/6:1/3)の原子数比のIn-Ga-Zn系金属酸化物やその組成
の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、In:Sn:Zn=1:1:1(=1
/3:1/3:1/3)、In:Sn:Zn=2:1:3(=1/3:1/6:1/2)
あるいはIn:Sn:Zn=2:1:5(=1/4:1/8:5/8)の原子数比のIn
-Sn-Zn系金属酸化物を用いるとよい。なお、金属酸化物の原子数比は、誤差として
上記の原子数比のプラスマイナス20%の変動を含む。
For example, In:Ga:Zn=1:1:1 (=1/3:1/3:1/3), In:Ga:
Zn=2:2:1 (=2/5:2/5:1/5) or In:Ga:Zn=3:1:
An In-Ga-Zn metal oxide having an atomic ratio of 2 (=1/2:1/6:1/3) or an oxide having a composition close to that can be used. Alternatively, In:Sn:Zn=1:1:1 (=1
/3:1/3:1/3), In:Sn:Zn=2:1:3 (=1/3:1/6:1/2)
Or In with an atomic ratio of In:Sn:Zn=2:1:5 (=1/4:1/8:5/8)
-Sn-Zn based metal oxides are preferably used. Note that the atomic ratio of the metal oxide includes a fluctuation of plus or minus 20% of the above-mentioned atomic ratio as an error.
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性及び電気特性(電界効果移動度、し
きい値電圧、ばらつき等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする
半導体特性を得るために、キャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子
数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
However, the material is not limited to these, and a material with an appropriate composition may be used depending on the required semiconductor characteristics and electrical characteristics (field effect mobility, threshold voltage, variation, etc.). Further, in order to obtain the required semiconductor characteristics, it is preferable to set appropriate carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic distance, density, etc.
例えば、In-Sn-Zn系金属酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しか
しながら、In-Ga-Zn系金属酸化物でも、バルク内欠陥密度を低くすることにより
電界効果移動度を上げることができる。
For example, high mobility can be obtained relatively easily with In-Sn-Zn metal oxides. However, even in In--Ga--Zn based metal oxides, the field effect mobility can be increased by lowering the defect density in the bulk.
また、半導体層108として用いることのできる酸化物半導体膜としては、エネルギー
ギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である。
このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体膜を用いることで、トランジスタの
オフ電流を低減することができる。
Further, an oxide semiconductor film that can be used as the
In this way, by using an oxide semiconductor film with a wide energy gap, the off-state current of the transistor can be reduced.
次に、半導体層108として用いることのできる、酸化物半導体膜の構造について説明
する。
Next, the structure of an oxide semiconductor film that can be used as the
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。
非単結晶酸化物半導体膜とは、CAAC-OS(C Axis Aligned Cry
stalline Oxide Semiconductor)膜、多結晶酸化物半導体
膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。
Oxide semiconductor films are broadly classified into non-single crystal oxide semiconductor films and single crystal oxide semiconductor films.
A non-single crystal oxide semiconductor film is a CAAC-OS (CA Axis Aligned Cry
stalline oxide semiconductor film, polycrystalline oxide semiconductor film, microcrystalline oxide semiconductor film, amorphous oxide semiconductor film, etc.
ここでは、CAAC-OS膜について説明する。 Here, the CAAC-OS film will be explained.
CAAC-OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの
結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC-
OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体
内に収まる大きさの場合も含まれる。
The CAAC-OS film is one of the oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts, and most of the crystal parts are sized to fit within a cube with one side of less than 100 nm. Therefore, CAAC-
The crystal portion included in the OS film may have a size that fits within a cube with one side of less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm.
CAAC-OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Elec
tron Microscope)によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち
結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、C
AAC-OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
The CAAC-OS film was examined using a transmission electron microscope (TEM).
When observed using a tron microscope, clear boundaries between crystal parts, ie, crystal grain boundaries (also referred to as grain boundaries) cannot be confirmed. Therefore, C
It can be said that the AAC-OS film is less prone to decrease in electron mobility due to grain boundaries.
CAAC-OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観
察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原
子の各層は、CAAC-OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹
凸を反映した形状であり、CAAC-OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
When the CAAC-OS film is observed by TEM in a direction approximately parallel to the sample surface (cross-sectional TEM observation), it can be confirmed that metal atoms are arranged in a layered manner in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape that reflects the unevenness of the surface on which the film is formed (also referred to as the surface to be formed) or the top surface of the CAAC-OS film, and is arranged parallel to the surface to be formed or the top surface of the CAAC-OS film. .
一方、CAAC-OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面T
EM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列している
ことを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。
On the other hand, the CAAC-OS film was observed by TEM from a direction approximately perpendicular to the sample surface (plane T
(EM observation), it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal part. However, no regularity is observed in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.
なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度
で配置されている状態をいう。従って、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「
垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。
従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。
Note that in this specification, "parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10° or more and 10° or less. Therefore, cases where the angle is greater than or equal to -5° and less than or equal to 5° are also included. Also,"
"Perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less.
Therefore, cases where the angle is greater than or equal to 85° and less than or equal to 95° are also included.
断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC-OS膜の結晶部は配向性を有し
ていることがわかる。
From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it can be seen that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.
CAAC-OS膜に対し、X線回折(XRD:X-Ray Diffraction)
装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC-OS
膜のout-of-plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピーク
が現れる場合がある。このピークは、InGaZnO4の結晶の(009)面に帰属され
ることから、CAAC-OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に
概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
X-ray diffraction (XRD) was performed on the CAAC-OS film.
When structural analysis is performed using a device, for example, a CAAC-OS with InGaZnO 4 crystals is found.
In an out-of-plane analysis of a film, a peak may appear at a diffraction angle (2θ) of around 31°. This peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, which indicates that the crystal of the CAAC-OS film has c-axis orientation, and the c-axis is oriented approximately perpendicular to the formation surface or top surface. It can be confirmed that
一方、CAAC-OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin-p
lane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、InGaZnO4の結晶の(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結晶酸
化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)
として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面
に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC-OS膜の場合は、2θを
56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
On the other hand, an in-p in which X-rays are incident on the CAAC-OS film from a direction approximately perpendicular to the c-axis.
In analysis using the lane method, a peak may appear near 2θ of 56°. This peak is assigned to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. For a single-crystal oxide semiconductor film of InGaZnO4 , 2θ is fixed near 56°, and the normal vector of the sample surface is the axis (φ axis).
When analysis (φ scan) is performed while rotating the sample, six peaks attributed to crystal planes equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of the CAAC-OS film, no clear peak appears even when φ scanning is performed with 2θ fixed at around 56°.
以上のことから、CAAC-OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は
不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and b-axis is irregular between different crystal parts, but it has c-axis orientation, and the c-axis is normal to the surface on which it is formed or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layered manner confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.
なお、結晶部は、CAAC-OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を
行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC-OS膜の被形成面ま
たは上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC-OS膜の
形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC-OS膜の被形成
面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
Note that the crystal portion is formed when the CAAC-OS film is formed or when a crystallization process such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the surface on which the CAAC-OS film is formed or the top surface. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation surface or top surface of the CAAC-OS film.
また、CAAC-OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC-OS
膜の結晶部が、CAAC-OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上
面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CA
AC-OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部
分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
Further, the degree of crystallinity in the CAAC-OS film does not have to be uniform. For example, CAAC-OS
When the crystalline portion of the film is formed by crystal growth from near the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface may have a higher degree of crystallinity than the region near the surface on which it is formed. Also, CA
When an impurity is added to an AC-OS film, the crystallinity of the region to which the impurity is added changes, and regions with partially different crystallinity may be formed.
なお、InGaZnO4の結晶を有するCAAC-OS膜のout-of-plane
法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現
れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、ZnGa2O4の結晶の(311)面に
帰属されることから、InGaZnO4の結晶を有するCAAC-OS膜中の一部に、Z
nGa2O4の結晶が含まれることを示している。CAAC-OS膜は、2θが31°近
傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
Note that the out-of-plane of the CAAC-OS film having InGaZnO 4 crystals
In the analysis using the method, in addition to the peak near 2θ of 31°, a peak may also appear near 2θ of 36°. Since the peak near 2θ of 36 ° is attributed to the (311) plane of the ZnGa 2 O 4 crystal, Z
This indicates that nGa 2 O 4 crystals are included. It is preferable that the CAAC-OS film exhibits a peak in 2θ near 31° and does not show a peak in 2θ near 36°.
CAAC-OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素
、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリ
コンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸
化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させ
る要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半
径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜
の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不
純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with low impurity concentration. The impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. In particular, elements such as silicon, which have a stronger bond with oxygen than the metal elements constituting the oxide semiconductor film, disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film by removing oxygen from the oxide semiconductor film, resulting in crystallinity. This is a factor that reduces the In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, etc. have large atomic radii (or molecular radii), so if they are included inside the oxide semiconductor film, they will disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film and cause crystallinity. This is a factor that reduces the Note that impurities contained in the oxide semiconductor film may become a carrier trap or a carrier generation source.
また、CAAC-OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化
物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによっ
てキャリア発生源となることがある。
Further, the CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low density of defect levels. For example, oxygen vacancies in an oxide semiconductor film may act as a carrier trap or become a carrier generation source by capturing hydrogen.
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性また
は実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体
膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当
該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノ
ーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体
膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる
。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する
時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高
く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定とな
る場合がある。
A material having a low impurity concentration and a low defect level density (few oxygen vacancies) is called high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. A high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, and thus can have a low carrier density. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film rarely has electrical characteristics in which the threshold voltage is negative (also referred to as normally-on). Further, an oxide semiconductor film that is highly pure or substantially pure has fewer carrier traps. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film has small fluctuations in electrical characteristics and is highly reliable. Note that the charge trapped in the carrier trap of the oxide semiconductor film may behave as if it were a fixed charge because it takes a long time to release the charge. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high defect level density may have unstable electrical characteristics.
また、CAAC-OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特
性の変動が小さい。
Further, a transistor using a CAAC-OS film has small fluctuations in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.
また、CAAC-OS膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ター
ゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該スパッタリング用ターゲットに
イオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa-b面から劈
開し、a-b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として
剥離することがある。この場合、当該平板状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持し
たまま基板に到達することで、CAAC-OS膜を成膜することができる。
Further, the CAAC-OS film is formed by a sputtering method using, for example, a polycrystalline oxide semiconductor sputtering target. When ions collide with the sputtering target, the crystalline region included in the sputtering target cleaves from the a-b plane and is exfoliated as plate-shaped or pellet-shaped sputtered particles having planes parallel to the a-b plane. be. In this case, the planar sputtered particles reach the substrate while maintaining their crystalline state, thereby making it possible to form a CAAC-OS film.
また、CAAC-OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。 Further, in order to form a CAAC-OS film, it is preferable to apply the following conditions.
成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制で
きる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)
を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点
が-80℃以下、好ましくは-100℃以下である成膜ガスを用いる。
By reducing the amount of impurities mixed in during film formation, it is possible to prevent the crystal state from being disrupted by the impurities. For example, the concentration of impurities (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) present in the deposition chamber.
All you have to do is reduce it. Further, the concentration of impurities in the film forming gas may be reduced. Specifically, a film forming gas having a dew point of -80°C or lower, preferably -100°C or lower is used.
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイ
グレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好まし
くは150℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、
平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり
、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
Furthermore, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100° C. or higher and 740° C. or lower, preferably 150° C. or higher and 500° C. or lower. By increasing the substrate heating temperature during film formation,
When the flat plate-shaped sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメー
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100
体積%とする。
Further, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the proportion of oxygen in the film formation gas and optimizing the electric power. The oxygen percentage in the film forming gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume or more.
It is expressed as volume %.
また、半導体層108として用いる酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層さ
れた構造でもよい。例えば、酸化物半導体膜を、第1の酸化物半導体膜と第2の酸化物半
導体膜の積層として、第1の酸化物半導体膜と第2の酸化物半導体膜に、異なる組成の金
属酸化物を用いてもよい。例えば、第1の酸化物半導体膜に二元系金属酸化物乃至四元系
金属酸化物の一を用い、第2の酸化物半導体膜に第1の酸化物半導体膜と異なる二元系金
属酸化物乃至四元系金属酸化物を用いてもよい。
Further, the oxide semiconductor film used as the
また、第1の酸化物半導体膜と第2の酸化物半導体膜の構成元素を同一とし、両者の組
成を異ならせてもよい。例えば、第1の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=
1:1:1とし、第2の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=3:1:2とし
てもよい。また、第1の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2とし
、第2の酸化物半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=2:1:3としてもよい。なお
、各酸化物半導体膜の原子数比は、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20%の
変動を含む。
Alternatively, the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film may have the same constituent elements, but may have different compositions. For example, the atomic ratio of the first oxide semiconductor film is In:Ga:Zn=
1:1:1, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor film may be In:Ga:Zn=3:1:2. Further, the atomic ratio of the first oxide semiconductor film is In:Ga:Zn=1:3:2, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor film is In:Ga:Zn=2:1:3. You can also use it as Note that the atomic ratio of each oxide semiconductor film includes a variation of plus or minus 20% of the above atomic ratio as an error.
この時、第1の酸化物半導体膜と第2の酸化物半導体膜のうち、ゲート電極に近い側(
チャネル側)の酸化物半導体膜のInとGaの含有率をIn>Gaとするとよい。またゲ
ート電極から遠い側(バックチャネル側)の酸化物半導体膜のInとGaの含有率をIn
≦Gaとするとよい。
At this time, between the first oxide semiconductor film and the second oxide semiconductor film, the side closer to the gate electrode (
The content of In and Ga in the oxide semiconductor film (on the channel side) is preferably set to satisfy In>Ga. In addition, the content of In and Ga in the oxide semiconductor film on the side far from the gate electrode (back channel side) is
It is preferable that ≦Ga.
また、酸化物半導体膜を3層構造とし、第1の酸化物半導体膜~第3の酸化物半導体膜
の構成元素を同一とし、且つそれぞれの組成を異ならせてもよい。例えば、第1の酸化物
半導体膜の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2とし、第2の酸化物半導体膜の原子
数比をIn:Ga:Zn=3:1:2とし、第3の酸化物半導体膜の原子数比をIn:G
a:Zn=1:1:1としてもよい。
Alternatively, the oxide semiconductor film may have a three-layer structure, and the first to third oxide semiconductor films may have the same constituent elements and different compositions. For example, the atomic ratio of the first oxide semiconductor film is In:Ga:Zn=1:3:2, and the atomic ratio of the second oxide semiconductor film is In:Ga:Zn=3:1:2. and the atomic ratio of the third oxide semiconductor film is In:G
It is good also as a:Zn=1:1:1.
Ga及びZnよりInの原子数比が小さい酸化物半導体膜、代表的には原子数比がIn
:Ga:Zn=1:3:2である第1の酸化物半導体膜は、Ga及びZnよりInの原子
数比が大きい酸化物半導体膜、代表的には第2の酸化物半導体膜、並びにGa、Zn、及
びInの原子数比が同じ酸化物半導体膜、代表的には第3の酸化物半導体膜と比較して、
酸素欠損が生じにくいため、キャリア密度が増加することを抑制することができる。また
、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:2である第1の酸化物半導体膜が非晶質構造で
あると、第2の酸化物半導体膜がCAAC-OS膜となりやすい。
An oxide semiconductor film in which the atomic ratio of In is smaller than that of Ga and Zn, typically an atomic ratio of In
:Ga:Zn=1:3:2, the first oxide semiconductor film has a larger atomic ratio of In than Ga and Zn, typically the second oxide semiconductor film, and Compared to an oxide semiconductor film having the same atomic ratio of Ga, Zn, and In, typically a third oxide semiconductor film,
Since oxygen vacancies are less likely to occur, increase in carrier density can be suppressed. Furthermore, when the first oxide semiconductor film with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:3:2 has an amorphous structure, the second oxide semiconductor film tends to become a CAAC-OS film.
また、第1の酸化物半導体膜~第3の酸化物半導体膜の構成元素は同一であるため、第
1の酸化物半導体膜は、第2の酸化物半導体膜との界面におけるトラップ準位が少ない。
このため、酸化物半導体膜を上記構造とすることで、トランジスタの経時変化や光劣化に
よるしきい値電圧の変動量を低減することができる。
Furthermore, since the constituent elements of the first to third oxide semiconductor films are the same, the first oxide semiconductor film has a trap level at the interface with the second oxide semiconductor film. few.
Therefore, by forming the oxide semiconductor film into the above structure, the amount of fluctuation in the threshold voltage due to aging or photodeterioration of the transistor can be reduced.
酸化物半導体では主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、Inの含有
率を多くすることにより、より多くのs軌道が重なるため、In>Gaの組成となる酸化
物はIn≦Gaの組成となる酸化物と比較して高いキャリア移動度を備える。また、Ga
はInと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じにくいため、In≦
Gaの組成となる酸化物はIn>Gaの組成となる酸化物と比較して安定した特性を備え
る。
In oxide semiconductors, the s-orbitals of heavy metals mainly contribute to carrier conduction, and increasing the In content causes more s-orbitals to overlap, so oxides with a composition of In>Ga have a composition of In≦Ga. It has high carrier mobility compared to oxides with a composition of Also, Ga
Compared to In, the formation energy of oxygen vacancies is larger and oxygen vacancies are less likely to occur; therefore, In≦
An oxide having a composition of Ga has more stable characteristics than an oxide having a composition of In>Ga.
チャネル側にIn>Gaの組成となる酸化物半導体を適用し、バックチャネル側にIn
≦Gaの組成となる酸化物半導体を適用することで、トランジスタの電界効果移動度及び
信頼性をさらに高めることが可能となる。
An oxide semiconductor with a composition of In>Ga is applied to the channel side, and In is applied to the back channel side.
By using an oxide semiconductor having a composition of ≦Ga, it is possible to further improve the field effect mobility and reliability of the transistor.
また、第1の酸化物半導体膜乃至第3の酸化物半導体膜に、結晶性の異なる酸化物半導
体を適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化
物半導体、非晶質酸化物半導体、またはCAAC-OSを適宜組み合わせた構成としても
よい。また、第1の酸化物半導体膜乃至第2の酸化物半導体膜のいずれか一に非晶質酸化
物半導体を適用すると、酸化物半導体膜の内部応力や外部からの応力を緩和し、トランジ
スタの特性ばらつきが低減され、また、トランジスタの信頼性をさらに高めることが可能
となる。
Further, oxide semiconductors having different crystallinity may be used for the first oxide semiconductor film to the third oxide semiconductor film. That is, a structure may be used in which a single crystal oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, a microcrystalline oxide semiconductor, an amorphous oxide semiconductor, or a CAAC-OS is combined as appropriate. Furthermore, when an amorphous oxide semiconductor is applied to either the first oxide semiconductor film or the second oxide semiconductor film, the internal stress and external stress of the oxide semiconductor film are alleviated, and the transistor Characteristic variations are reduced, and the reliability of the transistor can be further improved.
酸化物半導体膜の厚さは、1nm以上100nm以下、更に好ましくは1nm以上30
nm以下、更に好ましくは1nm以上50nm以下、更に好ましくは3nm以上20nm
以下とすることが好ましい。
The thickness of the oxide semiconductor film is 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 1 nm or more and 30 nm or more.
nm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 20 nm
The following is preferable.
半導体層108に用いる酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法(SIMS:
Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られるア
ルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、さ
らに好ましくは2×1016atoms/cm3以下であることが望ましい。アルカリ金
属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、
トランジスタのオフ電流の上昇の原因となるためである。
In the oxide semiconductor film used for the
It is desirable that the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry is 1×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 2×10 16 atoms/cm 3 or less. Alkali metals and alkaline earth metals may generate carriers when combined with oxide semiconductors,
This is because it causes an increase in the off-state current of the transistor.
また、半導体層108に用いる酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により
得られる水素濃度を、5×1018atoms/cm3未満、好ましくは1×1018a
toms/cm3以下、より好ましくは5×1017atoms/cm3以下、さらに好
ましくは1×1016atoms/cm3以下とすることが好ましい。
Further, in the oxide semiconductor film used for the
toms/cm 3 or less, more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less, still more preferably 1×10 16 atoms/cm 3 or less.
酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水となると共に
、酸素が脱離した格子(あるいは酸素が脱理した部分)には欠損が形成されてしまう。ま
た、水素の一部が酸素と結合することで、キャリアである電子が生じてしまう。これらの
ため、酸化物半導体膜の成膜工程において、水素を含む不純物を極めて減らすことにより
、酸化物半導体膜の水素濃度を低減することが可能である。このため、水素をできるだけ
除去された酸化物半導体膜をチャネル領域とすることにより、しきい値電圧のマイナスシ
フトを抑制することができると共に、電気特性のばらつきを低減することができる。また
、トランジスタのソース及びドレインにおけるリーク電流を、代表的には、オフ電流を低
減することが可能である。
Hydrogen contained in the oxide semiconductor film reacts with oxygen bonded to metal atoms to become water, and defects are formed in the lattice where oxygen is eliminated (or in the portion where oxygen is eliminated). Furthermore, when a portion of hydrogen combines with oxygen, electrons, which are carriers, are generated. For these reasons, the hydrogen concentration of the oxide semiconductor film can be reduced by significantly reducing impurities containing hydrogen in the step of forming the oxide semiconductor film. Therefore, by using an oxide semiconductor film from which hydrogen has been removed as much as possible as a channel region, a negative shift in the threshold voltage can be suppressed, and variations in electrical characteristics can be reduced. Further, leakage current, typically off-state current, at the source and drain of the transistor can be reduced.
また、半導体層108に用いる酸化物半導体膜の窒素濃度を5×1018atoms/
cm3以下とすることで、トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトを抑制すること
ができると共に、電気特性のばらつきを低減することができる。
Further, the nitrogen concentration of the oxide semiconductor film used for the
By setting the thickness to cm 3 or less, it is possible to suppress a negative shift in the threshold voltage of the transistor, and it is also possible to reduce variations in electrical characteristics.
なお、水素をできるだけ除去することで高純度化された酸化物半導体膜をチャネル領域
に用いたトランジスタのオフ電流が低いことは、いろいろな実験により証明できる。例え
ば、チャネル幅が1×106μmでチャネル長が10μmのトランジスタであっても、ソ
ース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オ
フ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10-13A以下
という特性を得ることができる。この場合、オフ電流をトランジスタのチャネル幅で除し
た数値に相当するオフ電流は、100zA/μm以下であることが分かる。また、容量素
子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素子から流出する電荷を当該
トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行った。当該測定では、上記ト
ランジスタに高純度化された酸化物半導体膜をチャネル領域に用い、容量素子の単位時間
あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を測定した。その結果、トランジ
スタのソース電極とドレイン電極間の電圧が3Vの場合に、数十yA/μmという、さら
に低いオフ電流が得られることが分かった。従って、高純度化された酸化物半導体膜をチ
ャネル領域に用いたトランジスタは、オフ電流が著しく小さい。
Note that it can be proven through various experiments that a transistor whose channel region is made of an oxide semiconductor film that has been made highly purified by removing as much hydrogen as possible has a low off-state current. For example, even if the transistor has a channel width of 1×10 6 μm and a channel length of 10 μm, the off-state current will be A characteristic of below the measurement limit, that is, below 1×10 −13 A can be obtained. In this case, it can be seen that the off-state current, which corresponds to the value obtained by dividing the off-state current by the channel width of the transistor, is 100 zA/μm or less. In addition, off-state current was measured using a circuit in which a capacitive element and a transistor are connected and the transistor controls charge flowing into or flowing out from the capacitive element. In this measurement, a highly purified oxide semiconductor film was used in the channel region of the transistor, and the off-state current of the transistor was measured from the change in the amount of charge per unit time of the capacitive element. As a result, it was found that when the voltage between the source electrode and drain electrode of the transistor is 3V, an even lower off-state current of several tens of yA/μm can be obtained. Therefore, a transistor using a highly purified oxide semiconductor film in a channel region has extremely low off-state current.
ソース電極110及びドレイン電極112としては、導電材料として、アルミニウム、
チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタ
ル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造ま
たは積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミ
ニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層
構造、銅-マグネシウム-アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜ま
たは窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または
銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブ
デン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねて
アルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン
膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透
明導電材料を用いてもよい。
As the
A single metal such as titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy mainly composed of these metals is used in a single layer structure or a laminated structure. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a tungsten film, and a copper film on a copper-magnesium-aluminum alloy film. A two-layer structure in which a titanium film or a titanium nitride film is laminated, a three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is laminated on top of the titanium film or titanium nitride film, and then a titanium film or a titanium nitride film is formed on top of that. There is a three-layer structure in which a molybdenum film or a molybdenum nitride film, an aluminum film or a copper film are stacked over the molybdenum film or molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is further formed thereon. Note that a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used.
なお、本実施の形態では、ソース電極110及びドレイン電極112を半導体層108
上に設けたが、ゲート絶縁膜106と半導体層108の間に設けても良い。
Note that in this embodiment, the
Although it is provided above, it may be provided between the
第1の層間絶縁膜114としては、半導体層108として用いる酸化物半導体膜との界
面特性を向上させるため、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。第1の層間絶縁膜11
4としては、厚さ150nm以上400nm以下の酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜
、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ガリウム膜、またはGa-Zn系金属酸
化物膜等を用いることができる。また、第1の層間絶縁膜114としては、酸化物絶縁膜
と窒化物絶縁膜との積層構造としてもよい。例えば、第1の層間絶縁膜114として、酸
化窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜との積層構造とすることができる。
As the first
As the film 4, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a gallium oxide film, a Ga--Zn metal oxide film, or the like having a thickness of 150 nm or more and 400 nm or less can be used. Further, the first
第2の層間絶縁膜116としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロ
ブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を
用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、
第2の層間絶縁膜116を形成してもよい。第2の層間絶縁膜116を用いることにより
、第1のトランジスタ101等の凹凸を平坦化させることが可能となる。
As the second
A second
容量電極118としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステ
ンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含む
インジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸
化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用い
ることができる。
The
第3の層間絶縁膜120としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などの無機絶縁材料を用いることができ
る。特に、第3の層間絶縁膜120としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸
化アルミニウム膜の中から選ばれたいずれか一であることが好ましい。窒化シリコン膜、
窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜の中から選ばれたいずれか一を第3の層間絶縁
膜120として用いることにより、第2の層間絶縁膜116からの水素、水分の放出を抑
制することができる。
As the third
By using one selected from a silicon nitride oxide film and an aluminum oxide film as the third
画素電極122としては、容量電極118に示す材料と同様の材料を用いることができ
る。容量電極118と画素電極122に用いる材料としては、同一の材料、または異なる
材料を用いても良いが、同一の材料の方が、製造コストを低減できるため好ましい。
As the
第1の配向膜124及び第2の配向膜164としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系
樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有
する有機材料を用いることができる。
As the
液晶層162としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散
型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等の液晶材料を用いることができる。これらの液
晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラル
ネマチック相、等方相等を示す。
As the
また、横電界方式を採用する場合、配向膜(第1の配向膜124及び第2の配向膜16
4)を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コ
レステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現
する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するため
に数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相
を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるた
め配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラ
ビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止する
ことができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液
晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。酸化物半導体膜を用いるトランジス
タは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱
する恐れがある。よって酸化物半導体膜を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブ
ルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。
In addition, when adopting the transverse electric field method, alignment films (the
A liquid crystal exhibiting a blue phase that does not use 4) may also be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears just before the cholesteric phase transitions to the isotropic phase when the cholesteric liquid crystal is heated. Since a blue phase occurs only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition containing several weight percent or more of a chiral agent is used in the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response speed, is optically isotropic, requires no alignment treatment, and has small viewing angle dependence. Furthermore, since there is no need to provide an alignment film, there is no need for a rubbing process, so it is possible to prevent electrostatic damage caused by the rubbing process, and reduce defects and damage to the liquid crystal display device during the manufacturing process. . Therefore, it becomes possible to improve the productivity of the liquid crystal display device. In a transistor using an oxide semiconductor film, the electrical characteristics of the transistor may vary significantly due to the influence of static electricity, and there is a possibility that the transistor may deviate from a design range. Therefore, it is more effective to use a blue phase liquid crystal material in a liquid crystal display device having a transistor using an oxide semiconductor film.
また、液晶材料の固有抵抗は、1×109Ω・cm以上であり、好ましくは1×101
1Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明
細書における固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。
Further, the specific resistance of the liquid crystal material is 1×10 9 Ω·cm or more, preferably 1×10 1
It is 1 Ω·cm or more, more preferably 1×10 12 Ω·cm or more. Note that the value of specific resistance in this specification is a value measured at 20°C.
表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素領域に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の電荷を保持できるように設定される。保持容量の大き
さは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。高純度且つ酸素欠損の形成
を抑制した酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることにより、例えば表示素子と
して、液晶素子を用いた場合、各画素における液晶容量に対して1/3以下、好ましくは
1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。
The size of the storage capacitor provided in the display device is set so as to be able to hold charge for a predetermined period, taking into account leakage current of transistors arranged in the pixel region. The size of the storage capacitor may be set in consideration of the off-state current of the transistor and the like. By using a transistor having an oxide semiconductor layer with high purity and suppressing the formation of oxygen vacancies, when a liquid crystal element is used as a display element, for example, the liquid crystal capacity of each pixel is reduced to 1/3 or less, preferably 1/3 It is sufficient to provide a holding capacitor having a capacitance of /5 or less.
また、本実施の形態で用いる高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体を半
導体層に用いるトランジスタは、オフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすること
ができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状
態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくするこ
とができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
Further, the transistor used in this embodiment in which a highly purified oxide semiconductor with suppressed formation of oxygen vacancies is used for a semiconductor layer can have a low current value in an off state (off-state current value). Therefore, the holding time of electrical signals such as image signals can be increased, and the writing interval can also be set longer in the power-on state. Therefore, the frequency of refresh operations can be reduced, which has the effect of suppressing power consumption.
また、図1及び図2に示す表示装置において、液晶素子150の駆動モードとしては、
TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In-Plane-Swit
ching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード
、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cel
l)モード、OCB(Optical Compensated Birefringe
nce)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal
)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Cryst
al)モードなどを用いることができる。特に、高視野角を得るにはFFSモードを用い
ると好ましい。
Further, in the display device shown in FIGS. 1 and 2, the drive mode of the
TN (Twisted Nematic) mode, IPS (In-Plane-Swit)
switching) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, ASM (Axially Symmetrically aligned Micro-cel)
l) Mode, OCB (Optically Compensated Birefringe)
nce) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal
) mode, AFLC (AntiFerroelectric Liquid Crystal
al) mode etc. can be used. In particular, it is preferable to use the FFS mode to obtain a high viewing angle.
また、ノーマリブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した
透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、
例えば、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)
モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード
などを用いることができる。また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)
に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマ
ルチドメイン設計といわれる方法を用いてもよい。
Alternatively, a normally black liquid crystal display device, for example a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode, may be used. There are several vertical alignment modes, but
For example, MVA (Multi-Domain Vertical Alignment)
mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, etc. can be used. Also, pixels (pixels) can be divided into some areas (sub-pixels)
A method called multi-domain design or multi-domain design, in which the molecules are divided into two and tilted in different directions, may be used.
また、図1及び図2においては、図示していないが、偏光部材、位相差部材、反射防止
部材などの光学部材(光学基板)などを適宜設けても良い。例えば、偏光基板及び位相差
基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを
用いてもよい。
Although not shown in FIGS. 1 and 2, optical members (optical substrates) such as polarizing members, retardation members, and antireflection members may be provided as appropriate. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a sidelight, or the like may be used as a light source.
また、画素領域142における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式
等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、R
GB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、RGBW(Wは
白を表す)、又はRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがあ
る。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開
示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置
に適用することもできる。
Further, as the display method in the
It is not limited to the three colors GB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, there is RGBW (W represents white), or RGB with one or more colors such as yellow, cyan, and magenta added. Note that the size of the display area may be different for each color element dot. However, the disclosed invention is not limited to color display devices, but can also be applied to monochrome display devices.
また、第2の基板152の下方には、スペーサ160が形成されており、第1の基板1
02と第2の基板152との間隔(セルギャップともいう)を制御するために設けられて
いる。なお、セルギャップにより、液晶層162の膜厚が決定される。なお、スペーサ1
60としては、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサ、球状の
スペーサ等の任意の形状のスペーサを用いればよい。
Further, a
02 and the second substrate 152 (also referred to as a cell gap). Note that the thickness of the
As the spacer 60, a spacer of any shape, such as a columnar spacer obtained by selectively etching an insulating film or a spherical spacer, may be used.
また、有色膜153は、所謂カラーフィルタとして機能する。有色膜153としては、
特定波長帯域の光に対して透過性を示す材料を用いればよく、染料や顔料を含有した有機
樹脂膜等を用いることができる。
Furthermore, the
Any material that is transparent to light in a specific wavelength range may be used, and an organic resin film containing dye or pigment may be used.
また、遮光膜154は、所謂ブラックマトリクスとして機能する。遮光膜154として
は、隣接する画素間の放射光を遮光できればよく、金属膜、及び黒色染料や黒色顔料を含
有した有機樹脂膜等を用いることができる。なお、本実施の形態においては、黒色顔料を
含有した有機樹脂膜による遮光膜154を例示している。
Further, the
また、有機保護絶縁膜156としては、有色膜153に含まれるイオン性物質が液晶層
162中に拡散しないように設ける。ただし、有機保護絶縁膜156は、この構成に限定
されず、設けない構成としても良い。
Further, the organic protective
また、シール材166としては、熱硬化型樹脂、または紫外線硬化型の樹脂等を用いる
ことができる。なお、図2に示すシール材166の封止領域においては、第1の基板10
2と第2の基板152間に、ゲート絶縁膜106、ソース電極110及びドレイン電極1
12と同一工程で形成される電極113、第1の層間絶縁膜114、及び第2の層間絶縁
膜116を設ける構成を例示したがこれに限定されない。例えば、ゲート絶縁膜106と
、第1の層間絶縁膜114のみの構成としても良い。なお、第2の層間絶縁膜116を除
去したほうが、外部からの水分等の入り込みがないため、図2に示すように、第2の層間
絶縁膜116の一部を除去または一部を後退させる構造が好ましい。
Further, as the sealing
2 and the
Although a configuration in which an
以上のように本実施の形態に示す表示装置は、画素領域と駆動回路領域のそれぞれに形
成されたトランジスタと、該トランジスタ上に形成された第1の層間絶縁膜と、第1の層
間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、第2の層間絶縁膜上に形成された第3の層
間絶縁膜と、を有し、第3の層間絶縁膜が画素領域上の一部に設けられ、第3の層間絶縁
膜の端部が駆動回路領域よりも内側に形成される構成である。このような構成とすること
で、第2の層間絶縁膜からの脱ガスがトランジスタ側へ入り込むのを抑制し、信頼性の高
い表示装置とすることができる。また、さらに第1の層間絶縁膜により、第2の層間絶縁
膜からの脱ガスがトランジスタ側へ入り込むのを抑制できる。
As described above, the display device described in this embodiment includes a transistor formed in each of a pixel region and a driver circuit region, a first interlayer insulating film formed over the transistor, and a first interlayer insulating film formed over the transistor. a second interlayer insulating film formed on the top, and a third interlayer insulating film formed on the second interlayer insulating film; The end portion of the third interlayer insulating film is formed inside the drive circuit region. With such a configuration, outgassing from the second interlayer insulating film can be suppressed from entering the transistor side, and a highly reliable display device can be obtained. Furthermore, the first interlayer insulating film can suppress outgas from the second interlayer insulating film from entering the transistor side.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態または実施例に示す構成と適宜組み合わせ
て用いることができる。
The structure shown in this embodiment can be used in combination with the structure shown in other embodiments or examples as appropriate.
(実施の形態2)
本実施の形態では、表示装置の一形態として、有機ELパネルを用いた表示装置につい
て図3及び図4を用いて説明する。なお、実施の形態1で示す構成と同一の箇所には同一
の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a display device using an organic EL panel will be described as one form of a display device with reference to FIGS. 3 and 4. Note that the same parts as in the configuration shown in Embodiment 1 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
表示装置の一形態として、表示装置の上面図を図3に、表示装置の断面図を図4にそれ
ぞれ示す。なお、図4は、図3におけるX2-Y2の断面図に相当する。
As one form of the display device, a top view of the display device is shown in FIG. 3, and a cross-sectional view of the display device is shown in FIG. 4, respectively. Note that FIG. 4 corresponds to a cross-sectional view taken along the line X2-Y2 in FIG.
図3に示す表示装置において、第1の基板102上に設けられた画素領域142と、画
素領域142の外側に隣接し、該画素領域142に信号を供給する駆動回路領域であるゲ
ートドライバ回路部140及びソースドライバ回路部144を囲むようにして、シール材
166が設けられ、第2の基板152によって封止されている。また、画素領域142と
、ゲートドライバ回路部140及びソースドライバ回路部144が設けられた第1の基板
102と対向するように第2の基板152が設けられている。よって画素領域142と、
ゲートドライバ回路部140と、ソースドライバ回路部144とは、第1の基板102と
シール材166と第2の基板152によって、表示素子と共に封止されている。
In the display device shown in FIG. 3, a
The gate
このように、トランジスタを含む駆動回路の一部または全体を、画素領域142と同じ
第1の基板102上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
In this way, part or all of the driver circuit including the transistor can be integrally formed over the same
次に、図3におけるX2-Y2の断面図に相当する図4を用いて、画素領域142、及
びゲートドライバ回路部140の構成について、以下詳細に説明を行う。
Next, the configurations of the
画素領域142において、第1の基板102と、第1の基板102上に形成されたゲー
ト電極104と、ゲート電極104上に形成されたゲート絶縁膜106と、ゲート絶縁膜
106と接し、ゲート電極104と重畳する位置に設けられた半導体層108と、ゲート
絶縁膜106、及び半導体層108上に形成されたソース電極110及びドレイン電極1
12と、により、第1のトランジスタ101が形成されている。
In the
12, the
また、画素領域142において、第1のトランジスタ101上、より詳しくはゲート絶
縁膜106、及び半導体層108、ソース電極110、及びドレイン電極112上に無機
絶縁材料で形成された第1の層間絶縁膜114と、第1の層間絶縁膜114上に有機絶縁
材料で形成された第2の層間絶縁膜116と、第2の層間絶縁膜116上に無機絶縁材料
で形成された第3の層間絶縁膜120と、第2の層間絶縁膜116、及び第3の層間絶縁
膜120上に形成された隔壁126と、第3の層間絶縁膜120、及び隔壁126上に形
成された画素電極122と、画素電極122上に形成された発光層128と、発光層12
8上に形成された電極130が形成されている。
Further, in the
An
なお、画素電極122と、発光層128と、電極130と、により発光素子170が形
成されている。
Note that a
また、発光素子170上、より詳しくは電極130上には、充填材172が設けられ、
充填材172上には、第2の基板152が設けられている。すなわち、第1の基板102
と、第2の基板152との間に発光素子170、及び充填材172が挟持された構造であ
る。
Further, a filler 172 is provided on the
A
It has a structure in which a
また、ゲートドライバ回路部140において、第1の基板102と、第1の基板102
上に形成されたゲート電極104と、ゲート電極104上に形成されたゲート絶縁膜10
6と、ゲート絶縁膜106と接し、ゲート電極104と重畳する位置に設けられた半導体
層108と、ゲート絶縁膜106、及び半導体層108上に形成されたソース電極110
及びドレイン電極112と、により、第2のトランジスタ103、及び第3のトランジス
タ105が形成されている。
Further, in the gate
the
6, a
and the
また、ゲートドライバ回路部140において、第2のトランジスタ103及び第3のト
ランジスタ105上、より詳しくはゲート絶縁膜106、及び半導体層108、ソース電
極110、及びドレイン電極112上に無機絶縁材料で形成された第1の層間絶縁膜11
4と、第1の層間絶縁膜114上に有機絶縁材料で形成された第2の層間絶縁膜116が
形成されている。
Further, in the gate
4, and a second
すなわち、第3の層間絶縁膜120は、画素領域142上の一部に設けられ、第3の層
間絶縁膜120の端部が駆動回路領域であるゲートドライバ回路部140よりも内側に形
成される。
That is, the third
このような構成とすることによって、外部から取り込まれる水分、または表示装置内部
で生じた水分、水素等のガスをゲートドライバ回路部140の第2の層間絶縁膜116か
ら上部へ放出することができる。したがって、第1のトランジスタ101、第2のトラン
ジスタ103、及び第3のトランジスタ105内部に水分、水素等のガスが取り込まれる
のを抑制することができる。
With this configuration, moisture taken in from the outside or moisture generated inside the display device, gas such as hydrogen can be released upward from the second
なお、有機絶縁材料により形成される第2の層間絶縁膜116は、表示装置を構成する
トランジスタの凹凸等を低減するために、平坦性の高い有機絶縁材料が必要とされる。し
かしながら、該有機絶縁材料は加熱等により、水素、水分、または有機成分をガスとして
放出してしまう。
Note that the second
しかし、半導体層108に、例えば、シリコン系半導体材料であるシリコン膜を用いた
トランジスタにおいては、上述の水素、水分、または有機成分のガスが大きな問題になる
可能性が低い。しかし、本発明の一態様においては、半導体層108に酸化物半導体膜を
用いるため、有機絶縁材料により形成される第2の層間絶縁膜116からのガスを外部に
好適に放出させる必要がある。なお、第3の層間絶縁膜120の端部が駆動回路領域であ
るゲートドライバ回路部140よりも内側に形成される構成は、半導体層108を酸化物
半導体膜により形成した場合において、優れた効果を奏する。ただし、半導体層108に
酸化物半導体以外の材料(例えば、シリコン系半導体材料である非晶質シリコン、結晶性
シリコンなど)により形成したトランジスタにおいても、同様の効果が得られる。
However, in a transistor in which a silicon film, which is a silicon-based semiconductor material, is used for the
また、第2の層間絶縁膜116上に形成される第3の層間絶縁膜120は、本実施の形
態においては、第2の層間絶縁膜116から放出するガスが発光素子170側へ入り込む
のを抑制するため、及び/または画素電極122と、第2の層間絶縁膜116との密着性
を向上させるために形成されている。このような構成とすることで発光素子170側へ第
2の層間絶縁膜116からの水素、水分等のガスが入り込むのを抑制することができる。
Further, in this embodiment, the third
しかしながら、第3の層間絶縁膜120をゲートドライバ回路部140に用いる第2の
トランジスタ103、及び第3のトランジスタ105上の第2の層間絶縁膜116上に形
成すると、第2の層間絶縁膜116に用いる有機絶縁材料から放出されるガスを外部に拡
散することができず、第2のトランジスタ103、及び第3のトランジスタ105内部に
入り込んでしまう。
However, when the third
上述したガスがトランジスタの半導体層108に用いる酸化物半導体に入り込むと、酸
化物半導体膜中で不純物として取り込まれ、該半導体層108を用いたトランジスタの特
性が変動してしまう。
When the above gas enters the oxide semiconductor used for the
しかし、図4に示すように、ゲートドライバ回路部140に用いる第2のトランジスタ
103、及び第3のトランジスタ105上の第3の層間絶縁膜120が開口された構成、
すなわち第3の層間絶縁膜120が、画素領域142の一部に設けられ、第3の層間絶縁
膜120の端部がゲートドライバ回路部140よりも内側に形成される構成とすることに
よって、第2の層間絶縁膜116から放出されるガスを、外部へ拡散できる構造とするこ
とができる。
However, as shown in FIG. 4, a configuration in which the third
That is, the third
なお、図4に示すように、画素領域142に用いる第1のトランジスタ101において
も、半導体層108の重畳する位置の無機絶縁材料で形成された第3の層間絶縁膜120
が除去された構成が好ましい。このような構成とすることで、有機絶縁材料で形成された
第2の層間絶縁膜116から放出されるガスが、第1のトランジスタ101への入り込む
のを抑制することができる。
Note that, as shown in FIG. 4, also in the
A configuration in which the is removed is preferable. With this structure, gas released from the second
ここで、図3及び図4に示す表示装置の他の構成要素について、実施の形態1に示す表
示装置と異なる構成について、以下詳細な説明を行う。
Here, a detailed explanation will be given below regarding other components of the display device shown in FIGS. 3 and 4 that are different from the display device shown in Embodiment 1.
隔壁126としては、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性
の樹脂材料を用い、画素電極122上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲
率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
The
充填材172としては、窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂ま
たは熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル系樹脂
、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、PVB(ポリビニルブチラル
)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材17
2として、窒素を用いればよい。
As the filler 172, in addition to an inert gas such as nitrogen or argon, ultraviolet curing resin or thermosetting resin can be used, such as PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, Silicone resin, PVB (polyvinyl butyral) or EVA (ethylene vinyl acetate) can be used. For example, filler 17
As No. 2, nitrogen may be used.
発光素子170としては、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を適用するこ
とができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物で
あるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は
無機EL素子と呼ばれている。ここでは、有機EL素子を用いて説明する。
As the
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極(画素電極122
及び電極130)から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され
、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、
発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。
このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
An organic EL element has a pair of electrodes (pixel electrode 122) by applying a voltage to the light emitting element.
Electrons and holes are injected from the
A luminescent organic compound forms an excited state and emits light when the excited state returns to the ground state.
Due to this mechanism, such a light emitting element is called a current excitation type light emitting element.
発光素子170は発光を取り出すために少なくとも一対の電極(画素電極122または
電極130)の一方が透光性であればよい。そして、第1の基板102とは逆側の面から
発光を取り出す上面射出や、第1の基板102側の面から発光を取り出す下面射出や、第
1の基板102側及び第1の基板102とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造
の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
The
また、発光素子170に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が入り込まないように、電極
130、及び隔壁126上に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、窒化シリコン膜
、窒化酸化シリコン膜等を形成することができる。また、第1の基板102、第2の基板
152、及びシール材166によって封止された空間には充填材172が設けられ密封さ
れている。このように外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィル
ム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封
入)することが好ましい。
Further, a protective film may be formed on the
また、必要であれば、発光素子170の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を
含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設
けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹
凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
If necessary, a polarizing plate, a circularly polarizing plate (including an elliptically polarizing plate), a retardation plate (λ/4 plate, λ/2 plate), a color filter, or other optical film may be provided on the emission surface of the
また、発光層128としては、三重項励起エネルギーを発光に変える発光性材料である
ゲスト材料と、該ゲスト材料よりも三重項励起エネルギーの準位(T1準位)が高いホス
ト材料と、を含む有機化合物を用いると好適である。なお、発光層128は、発光層が複
数積層された構造(所謂タンデム構造)や、発光層以外の機能層(正孔注入層、正孔輸送
層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層など)を含む構成としてもよい。
The light-emitting
また、シール材166としては、実施の形態1に示す材料に加えて、ガラス材料を含む
材料、例えば粉末ガラス(フリットガラスともよぶ)を溶解、凝固させて形成されたガラ
ス体を用いてもよい。このような材料は、水分やガスの透過を効果的に抑制することがで
きるため、表示素子として、発光素子170を用いた場合、該発光素子170の劣化を抑
制し、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
In addition to the materials described in Embodiment 1, as the sealing
また、図4に示すシール材166の封止領域においては、第1の基板102と第2の基
板152の間に、ゲート絶縁膜106のみを設ける構成を例示したが、これに限定されな
い。例えば、ゲート絶縁膜106と、第1の層間絶縁膜114を積層した構成としても良
い。ただし、図4に示すように、第2の層間絶縁膜116が除去された領域において、シ
ール材166が配置されるような構成が好ましい。
Further, in the sealing region of the
以上のように本実施の形態に示す表示装置は、画素領域と駆動回路領域のそれぞれに形
成されたトランジスタと、該トランジスタ上に形成された第1の層間絶縁膜と、第1の層
間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、第2の層間絶縁膜上に形成された第3の層
間絶縁膜と、を有し、第3の層間絶縁膜が画素領域上の一部に設けられ、第3の層間絶縁
膜の端部が駆動回路領域よりも内側に形成される構成である。このような構成とすること
で、第2の層間絶縁膜からの脱ガスがトランジスタ側へ入り込むのを抑制し、信頼性の高
い表示装置とすることができる。また、さらに第1の層間絶縁膜により、第2の層間絶縁
膜からの脱ガスがトランジスタ側へ入り込むのを抑制できる。
As described above, the display device described in this embodiment includes a transistor formed in each of a pixel region and a driver circuit region, a first interlayer insulating film formed over the transistor, and a first interlayer insulating film formed over the transistor. a second interlayer insulating film formed on the top, and a third interlayer insulating film formed on the second interlayer insulating film; The end portion of the third interlayer insulating film is formed inside the drive circuit region. With such a configuration, outgassing from the second interlayer insulating film can be suppressed from entering the transistor side, and a highly reliable display device can be obtained. Furthermore, the first interlayer insulating film can suppress outgas from the second interlayer insulating film from entering the transistor side.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態または実施例に示す構成と適宜組み合わせ
て用いることができる。
The structure shown in this embodiment can be used in combination with the structure shown in other embodiments or examples as appropriate.
(実施の形態3)
本実施の形態では、先の実施の形態で示した表示装置と組み合わせが可能な、イメージ
センサについて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an image sensor that can be combined with the display device described in the previous embodiment will be described.
図5(A)に、イメージセンサ付の表示装置の一例を示す。図5(A)はイメージセン
サ付の表示装置の一画素を示す等価回路である。
FIG. 5A shows an example of a display device with an image sensor. FIG. 5(A) is an equivalent circuit showing one pixel of a display device with an image sensor.
フォトダイオード素子4002は、一方の電極がリセット信号線4058に、他方の電
極がトランジスタ4040のゲート電極に電気的に接続されている。トランジスタ404
0は、ソース電極またはドレイン電極の一方が電源電位(VDD)に、ソース電極または
ドレイン電極の他方がトランジスタ4056のソース電極またはドレイン電極の一方に電
気的に接続されている。トランジスタ4056は、ゲート電極がゲート選択線4057に
、ソース電極またはドレイン電極の他方が出力信号線4071に電気的に接続されている
。
The
0, one of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to the power supply potential (VDD), and the other of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to one of the source electrode and the drain electrode of the
また、第1のトランジスタ4030は、画素スイッチング用のトランジスタであり、ソ
ース電極またはドレイン電極の一方が映像信号線4059に、ソース電極またはドレイン
電極の他方が容量素子4032及び液晶素子4034に電気的に接続されている。また、
第1のトランジスタ4030のゲート電極は、ゲート線4036に電気的に接続されてい
る。
The
A gate electrode of the
なお、第1のトランジスタ4030、容量素子4032、液晶素子4034は、実施の
形態1で示した表示装置と同様の構造を適用すればよい。
Note that the
図5(B)は、イメージセンサ付の表示装置の一画素の一部を示す断面図と、駆動回路
部の断面図であり、画素領域5042においては、第1の基板4001上に、フォトダイ
オード素子4002および第1のトランジスタ4030が設けられている。また、駆動回
路であるゲートドライバ回路部5040においては、第1の基板4001上に、第2のト
ランジスタ4060、及び第3のトランジスタ4062が設けられている。
FIG. 5B is a cross-sectional view showing a part of one pixel of a display device with an image sensor, and a cross-sectional view of a driver circuit portion. A
なお、画素領域5042におけるフォトダイオード素子4002、及び第1のトランジ
スタ4030上には、第1の層間絶縁膜4014、第2の層間絶縁膜4016、及び第3
の層間絶縁膜4020が形成されている。また、第2の層間絶縁膜4016上に第3の層
間絶縁膜4020を誘電体として用いる容量素子4032が形成されている。
Note that a first
An interlayer insulating
すなわち、第3の層間絶縁膜4020が、画素領域5042の一部に設けられ、第3の
層間絶縁膜4020の端部がゲートドライバ回路部5040よりも内側に形成される構成
である。このような構成とすることによって、第2の層間絶縁膜4016から放出される
ガスを、外部へ拡散できる構造とすることができる。したがって、第2の層間絶縁膜40
16からの脱ガスがトランジスタ側へ入り込むのを抑制し、信頼性の高い表示装置とする
ことができる。
That is, the third
It is possible to suppress outgassing from the transistor 16 from entering the transistor side, thereby providing a highly reliable display device.
なお、フォトダイオード素子4002は、第1のトランジスタ4030のソース電極及
びドレイン電極と同一の工程で形成される下部電極と、液晶素子4034の画素電極と同
一工程で形成される上部電極と、を一対の電極とし、該一対の電極間にダイオードを有す
る構成である。
Note that the
フォトダイオード素子4002に用いることのできるダイオードとしては、p型半導体
膜、n型半導体膜の積層を含むpn型ダイオード、p型半導体膜、i型半導体膜、n型半
導体膜の積層を含むpin型ダイオード、ショットキー型ダイオードなどを用いればよい
。
Diodes that can be used for the
また、フォトダイオード素子4002上には、第1の配向膜4024、液晶層4096
、第2の配向膜4084、対向電極4088、有機絶縁膜4086、有色膜4085、第
2の基板4052等が設けられている。
Further, on the
, a
なお、pin型ダイオードはp型の半導体膜側を受光面とする方が高い光電変換特性を
示す。これは、正孔移動度は電子移動度に比べて小さいためである。本実施の形態におい
ては、第2の基板4052の面から、有色膜4085、液晶層4096等を介して、フォ
トダイオード素子4002に入射する光を電気信号に変換する構成について例示している
が、これに限定されない。例えば、有色膜4085を設けない構成としてもよい。
Note that a pin-type diode exhibits higher photoelectric conversion characteristics when the light-receiving surface is on the p-type semiconductor film side. This is because hole mobility is smaller than electron mobility. In this embodiment, a structure is exemplified in which light incident on the
本実施の形態で示したフォトダイオード素子4002は、フォトダイオード素子400
2に光が入射することで、一対の電極間に電流が流れることを利用する。フォトダイオー
ド素子4002が光を検出することによって、被検出物の情報を読み取ることができる。
The
It takes advantage of the fact that when light is incident on 2, a current flows between a pair of electrodes. By detecting light with the
本実施の形態で示したイメージセンサ付の表示装置は、トランジスタの作製など、表示
装置およびイメージセンサの工程を共通化させることで、生産性を高めることができる。
ただし、先の実施の形態で示した表示装置と、本実施の形態で示したイメージセンサを異
なる基板上に作製しても構わない。具体的には、先の実施の形態で示した表示装置におい
て、第2の基板上にイメージセンサを作製しても構わない。
In the display device with an image sensor described in this embodiment, productivity can be increased by using common processes for the display device and the image sensor, such as manufacturing a transistor.
However, the display device described in the previous embodiment and the image sensor described in this embodiment may be manufactured over different substrates. Specifically, in the display device described in the previous embodiment, an image sensor may be formed over the second substrate.
本実施の形態は、他の実施の形態または他の実施例に記載した構成と適宜組み合わせて
実施することが可能である。
This embodiment mode can be implemented in appropriate combination with structures described in other embodiment modes or other examples.
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を用いたタブレット型端末の一例を説明
する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a tablet terminal using a display device of one embodiment of the present invention will be described.
図6(A)及び図6(B)は2つ折り可能なタブレット型端末である。図6(A)は、
タブレット型端末を開いた状態である。タブレット型端末は、筐体8630と、筐体86
30に設けられた、表示部8631a、表示部8631b、表示モード切り替えスイッチ
8034、電源スイッチ8035、省電力モード切り替えスイッチ8036、留め具80
33および操作スイッチ8038と、を有する。
6(A) and 6(B) are tablet-type terminals that can be folded into two. FIG. 6(A) is
The tablet device is open. The tablet terminal includes a
33 and an
本発明の一態様である表示装置は、表示部8631a、表示部8631bに適用するこ
とができる。
A display device that is one embodiment of the present invention can be applied to the
表示部8631aは、一部または全部をタッチパネルとして機能させることができ、表
示された操作キーに触れることで入力することができる。例えば、表示部8631aの全
面にキーボードボタンを表示し、タッチパネルとして機能させ、表示部8631bを表示
画面として用いても構わない。
The
また、表示部8631aと同様に、表示部8631bの一部または全部をタッチパネル
として機能させることができる。
Further, like the
また、表示部8631aのタッチパネルの領域と表示部8631bのタッチパネルの領
域を同時にタッチ入力することもできる。
Further, touch input can be performed simultaneously on the touch panel area of the
また、表示モード切り替えスイッチ8034は、縦表示または横表示などの表示の向き
の切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替え
スイッチ8036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される外光に応じ
て表示の輝度を最適なものとすることができる。なお、タブレット型端末は、光センサだ
けでなく、傾きを検出可能なジャイロ、加速度センサなど、他の検出装置を有してもよい
。
Further, the display
また、図6(A)では、表示部8631bと表示部8631aの面積が同じ例を示して
いるが特に限定されない。表示部8631bと表示部8631aの面積が異なっていても
よく、表示の品質が異なっていてもよい。例えば、一方が他方よりも高精細な表示を行え
る表示パネルとしてもよい。
Further, although FIG. 6A shows an example in which the
図6(B)は、タブレット型端末を閉じた状態である。タブレット型端末は、筐体86
30と、筐体8630に設けられた、太陽電池8633および充放電制御回路8634と
、を有する。なお、図6(B)では充放電制御回路8634の一例としてバッテリー86
35、DCDCコンバータ8636を有する構成について示している。
FIG. 6(B) shows the tablet terminal in a closed state. The tablet type terminal has a housing 86
30, and a
35, a configuration having a DC/
なお、タブレット型端末は2つ折り可能なため、未使用時に筐体8630を閉じた状態
にすることができる。従って、表示部8631a、表示部8631bを保護できるため、
耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性に優れる。
Note that since the tablet terminal can be folded in two, the
It has excellent durability and is highly reliable from a long-term use perspective.
また、この他にも図6(A)及び図6(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報
(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付または時刻など
を表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ
入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、などを有す
ることができる。
In addition, the tablet terminals shown in Figures 6(A) and 6(B) have the ability to display various information (still images, videos, text images, etc.), a calendar, date or time, etc. It can have a function of displaying on the display section, a touch input function of performing a touch input operation or editing the information displayed on the display section, a function of controlling processing by various software (programs), and the like.
タブレット型端末は、太陽電池8633によって得られた電力を、タブレット型端末の
動作に用いることができる。または、当該電力をバッテリー8635に蓄積することがで
きる。なお、太陽電池8633は、筐体8630の二面に設ける構成とすることもできる
。なおバッテリー8635としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れるな
どの利点がある。
The tablet terminal can use power obtained by the
また、図6(B)に示す充放電制御回路8634の構成、及び動作について図6(C)
にブロック図を示し説明する。図6(C)には、太陽電池8633と、バッテリー863
5と、DCDCコンバータ8636と、コンバータ8637と、スイッチSW1と、スイ
ッチSW2と、スイッチSW3と、表示部8631と、を示している。図6(C)におい
て、バッテリー8635、DCDCコンバータ8636、コンバータ8637、スイッチ
SW1、スイッチSW2およびスイッチSW3が、図6(B)に示す充放電制御回路86
34に対応する。
Further, FIG. 6(C) shows the configuration and operation of the charge/
A block diagram is shown and explained below. In FIG. 6(C), a
5, a
Corresponds to 34.
太陽電池8633により発電がされる場合、太陽電池で発電した電力は、バッテリー8
635を充電するための電圧となるようDCDCコンバータ8636で昇圧または降圧さ
れる。次に、スイッチSW1をオンし、コンバータ8637で表示部8631に最適な電
圧に昇圧または降圧をする。また、表示部8631での表示を行わない際は、スイッチS
W1をオフし、スイッチSW2をオンしてバッテリー8635の充電を行う。
When power is generated by the
The voltage is stepped up or down by a DC/
Turn off W1 and turn on switch SW2 to charge the
なお、発電手段の一例として太陽電池8633について示したが、特に限定されず、圧
電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段で代替して
も構わない。例えば、無線(非接触)で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュ
ールなど、他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
Note that although the
本実施の形態は、他の実施の形態または他の実施例に記載した構成と適宜組み合わせて
実施することが可能である。
This embodiment mode can be implemented in appropriate combination with structures described in other embodiment modes or other examples.
(実施の形態5)
本実施の形態では、先の実施の形態で示した表示装置などを搭載した電子機器の例につ
いて説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of an electronic device equipped with the display device described in the previous embodiment will be described.
図7(A)は携帯型情報端末である。図7(A)に示す携帯型情報端末は、筐体930
0と、ボタン9301と、マイクロフォン9302と、表示部9303と、スピーカ93
04と、カメラ9305と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。表示部93
03に先の実施の形態で示した表示装置または/およびイメージセンサ付の表示装置を適
用することができる。
FIG. 7(A) shows a portable information terminal. The portable information terminal shown in FIG. 7(A) has a housing 930.
0,
04 and a
The display device shown in the previous embodiment and/or the display device with an image sensor can be applied to 03.
図7(B)は、ディスプレイである。図7(B)に示すディスプレイは、筐体9310
と、表示部9311と、を具備する。表示部9311に先の実施の形態で示した表示装置
または/およびイメージセンサ付表示装置を適用することができる。
FIG. 7(B) is a display. The display shown in FIG. 7(B) has a
and a
図7(C)は、デジタルスチルカメラである。図7(C)に示すデジタルスチルカメラ
は、筐体9320と、ボタン9321と、マイクロフォン9322と、表示部9323と
、を具備する。表示部9323に先の実施の形態で示した表示装置または/およびイメー
ジセンサ付表示装置を適用することができる。
FIG. 7(C) shows a digital still camera. The digital still camera shown in FIG. 7C includes a
本発明の一態様を用いることで、電子機器の信頼性を高めることができる。 By using one embodiment of the present invention, the reliability of electronic devices can be improved.
本実施の形態は、他の実施の形態または他の実施例に記載した構成と適宜組み合わせて
実施することが可能である。
This embodiment mode can be implemented in appropriate combination with structures described in other embodiment modes or other examples.
本実施例においては、表示装置に用いることのできる代表的な有機樹脂であるアクリル
樹脂の放出ガスについて調査した。
In this example, the gas released from acrylic resin, which is a typical organic resin that can be used in display devices, was investigated.
試料は、ガラス基板上にアクリル樹脂を塗布し、窒素ガス雰囲気下、250℃にて1時
間の加熱処理を行った。なお、アクリル樹脂は加熱処理後に厚さが1.5μmとなるよう
に形成した。
For the sample, an acrylic resin was applied onto a glass substrate, and heat treatment was performed at 250° C. for 1 hour in a nitrogen gas atmosphere. Note that the acrylic resin was formed to have a thickness of 1.5 μm after heat treatment.
作製した試料に対し、TDS(Thermal Desorption Spectr
oscopy:昇温脱離ガス分光法)による放出ガスの測定を行った。
The prepared sample was subjected to TDS (Thermal Desorption Spectrum
The released gas was measured by oscopy (temperature-programmed desorption gas spectroscopy).
図8に、基板表面温度250℃のときの、各質量電荷比(M/zともいう。)における
放出ガスのイオン強度を示す。図8において、横軸は質量電荷比を、縦軸は強度(任意単
位)を、それぞれ示す。図8より、試料からは、水起因と見られる質量電荷比が18(H
2O)のガスと、炭化水素起因と見られる質量電荷比が28(C2H4)、44(C3H
8)および56(C4H8)のガスが検出された。なお、各質量電荷比の近傍には、それ
ぞれのフラグメントイオンが検出された。
FIG. 8 shows the ion intensity of the released gas at each mass-to-charge ratio (also referred to as M/z) when the substrate surface temperature is 250°C. In FIG. 8, the horizontal axis represents the mass-to-charge ratio, and the vertical axis represents the intensity (in arbitrary units). From Figure 8, the sample had a mass-to-charge ratio of 18 (H
2 O) gas, and the mass-to-charge ratios, which are thought to be caused by hydrocarbons, are 28 (C 2 H 4 ) and 44 (C 3 H 4 ).
8 ) and 56 (C 4 H 8 ) gases were detected. Note that each fragment ion was detected near each mass-to-charge ratio.
同様に、図9に、基板表面温度に対する各質量電荷比(18、28、44および56)
のイオン強度を示す。図9において、横軸は基板表面温度(℃)を、縦軸は強度(任意単
位)を、それぞれ示す。基板表面温度を55℃から270℃の範囲とした場合、水起因と
見られる質量電荷比が18のイオン強度は、55℃以上100℃以下および150℃以上
270℃以下にピークを有することがわかった。一方、炭化水素起因と見られる質量電荷
比が28、44および56のイオン強度は、150℃以上270℃以下にピークを有する
ことがわかった。
Similarly, FIG. 9 shows each mass-to-charge ratio (18, 28, 44, and 56) with respect to the substrate surface temperature.
indicates the ionic strength of In FIG. 9, the horizontal axis represents the substrate surface temperature (° C.), and the vertical axis represents the intensity (arbitrary unit). When the substrate surface temperature was set in the range of 55°C to 270°C, it was found that the ion intensity with a mass-to-charge ratio of 18, which is thought to be caused by water, has peaks at 55°C to 100°C and 150°C to 270°C. Ta. On the other hand, it was found that the ion intensities of mass-to-charge ratios of 28, 44, and 56, which are considered to be caused by hydrocarbons, have a peak at 150° C. or higher and 270° C. or lower.
以上に示したように、有機樹脂からの水、炭化水素などの酸化物半導体膜にとっての不
純物が放出されることがわかった。特に、水は55℃以上100℃以下の比較的低温でも
放出されることがわかった。即ち、有機樹脂に起因する不純物が酸化物半導体膜に到達し
た場合、トランジスタの電気特性を劣化させることが示唆された。
As shown above, it has been found that impurities for the oxide semiconductor film, such as water and hydrocarbons, are released from the organic resin. In particular, it has been found that water is released even at relatively low temperatures of 55°C or higher and 100°C or lower. That is, it has been suggested that when impurities originating from the organic resin reach the oxide semiconductor film, the electrical characteristics of the transistor deteriorate.
また、有機樹脂を水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜(窒化シリコン膜、窒化
酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜など)で覆った場合、有機樹脂からガスが放出され
ることで水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜への圧力が高まり、最終的に水、炭
化水素などの放出ガスを透過しない膜が破壊され、トランジスタの形状不良となることが
示唆された。
In addition, when an organic resin is covered with a film that does not transmit released gases such as water and hydrocarbons (silicon nitride film, silicon nitride oxide film, aluminum oxide film, etc.), gases are released from the organic resin, causing water and carbonization. It was suggested that the pressure on the film that does not transmit released gases such as hydrogen increases, and the film that does not transmit released gases such as water and hydrocarbons eventually breaks down, resulting in defective transistor shapes.
本実施例では、トランジスタを作製し、断面形状および電気特性を評価した。 In this example, a transistor was manufactured and its cross-sectional shape and electrical characteristics were evaluated.
各試料には、ボトムゲート・トップコンタクト型のチャネルエッチ構造の酸化物半導体
膜を用いたトランジスタが設けられている。当該トランジスタは、ガラス基板上に設けら
れたゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介しゲー
ト電極上に設けられた酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜上にあり酸化物半導体膜と接し
て設けられた一対の電極と、を有する。ここで、ゲート電極はタングステン膜を、ゲート
絶縁膜は窒化シリコン膜、および窒化シリコン膜上の酸化窒化シリコン膜を、酸化物半導
体膜はIn-Ga-Zn酸化物膜を、一対の電極はタングステン膜、タングステン膜上の
アルミニウム膜、およびアルミニウム膜上のチタン膜を、それぞれ用いた。
Each sample is provided with a transistor using an oxide semiconductor film with a bottom-gate/top-contact channel-etched structure. The transistor includes a gate electrode provided on a glass substrate, a gate insulating film provided on the gate electrode, an oxide semiconductor film provided on the gate electrode via the gate insulating film, and a gate electrode provided on the oxide semiconductor film. and a pair of electrodes provided in contact with the oxide semiconductor film. Here, the gate electrode is a tungsten film, the gate insulating film is a silicon nitride film and a silicon oxynitride film on the silicon nitride film, the oxide semiconductor film is an In-Ga-Zn oxide film, and the pair of electrodes is a tungsten film. A film, an aluminum film on a tungsten film, and a titanium film on an aluminum film were used, respectively.
一対の電極上には保護絶縁膜(450nmの厚さの酸化窒化シリコン膜と、酸化窒化シ
リコン膜上に設けられた50nmの厚さの窒化シリコン膜)が設けられている。
A protective insulating film (a 450 nm thick silicon oxynitride film and a 50 nm thick silicon nitride film provided on the silicon oxynitride film) is provided on the pair of electrodes.
なお、実施例試料は、保護絶縁膜上に2μmの厚さでアクリル樹脂が設けられており、
アクリル樹脂上にはアクリル樹脂の側面の一部を露出するように200nmの厚さで窒化
シリコン膜が設けられている。また、比較例試料は、保護絶縁膜上に1.5μmの厚さで
アクリル樹脂が設けられており、アクリル樹脂上にはアクリル樹脂を覆うように200n
mの厚さで窒化シリコン膜が設けられている。
In addition, in the example sample, an acrylic resin was provided with a thickness of 2 μm on the protective insulating film,
A silicon nitride film with a thickness of 200 nm is provided on the acrylic resin so as to expose a part of the side surface of the acrylic resin. In addition, in the comparative example sample, acrylic resin was provided with a thickness of 1.5 μm on the protective insulating film, and 200 nm of acrylic resin was provided on the acrylic resin so as to cover the acrylic resin.
A silicon nitride film is provided with a thickness of m.
図10に、比較例試料の一部を拡大した領域のTEMによる透過電子像(Transm
itted Electron:TE像ともいう。)断面形状を示す。断面形状の観察に
は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製「日立超薄膜評価装置HD-2300」を用いた
。なお、図10においては、一対の電極の一方の電極のみしか図示していない。図10に
示す電極および電極を覆うように設けられた保護絶縁膜に着目すると、電極が形成する段
差部から保護絶縁膜に亀裂が生じていることがわかった。なお、観察領域において、実施
例試料と比較例試料は概略同様の構造であるため、実施例試料の断面形状は省略する。
Figure 10 shows a TEM transmission electron image of a partially enlarged area of the comparative sample.
Itted Electron: Also called TE image. ) shows the cross-sectional shape. For observation of the cross-sectional shape, "Hitachi ultra-thin film evaluation device HD-2300" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used. Note that in FIG. 10, only one of the pair of electrodes is illustrated. When paying attention to the electrode and the protective insulating film provided to cover the electrode shown in FIG. 10, it was found that cracks were generated in the protective insulating film from the stepped portion formed by the electrode. Note that in the observation region, the example sample and the comparative example sample have approximately the same structure, so the cross-sectional shape of the example sample is omitted.
従って、実施例試料はアクリル樹脂からの放出ガスが実施例試料外部へ抜ける構造であ
り、比較例試料はアクリル樹脂からの放出ガスが比較例試料外部へ抜けない構造である。
即ち、比較例試料において、アクリル樹脂からの放出ガスは、外部へは抜けず、保護絶縁
膜に生じた亀裂を介してトランジスタに到達することがわかった。
Therefore, the example sample has a structure in which the gas emitted from the acrylic resin escapes to the outside of the example sample, and the comparative example sample has a structure in which the emitted gas from the acrylic resin does not escape to the outside of the comparative example sample.
That is, in the comparative sample, it was found that the gas released from the acrylic resin did not escape to the outside, but reached the transistor through the cracks formed in the protective insulating film.
次に、各試料のトランジスタの電気特性であるゲート電圧(Vg)-ドレイン電流(I
d)特性を測定した。Vg-Id特性は、チャネル長が3μm、チャネル幅が3μmのト
ランジスタを用いて測定した。なお、Vg-Id特性の測定においては、ドレイン電圧(
Vd)を1Vまたは10Vとし、ゲート電圧(Vg)を-20Vから15Vへ掃引した。
Next, the electrical characteristics of the transistor of each sample, gate voltage (Vg) - drain current (I
d) Measured properties. The Vg-Id characteristics were measured using a transistor with a channel length of 3 μm and a channel width of 3 μm. Note that in measuring the Vg-Id characteristics, the drain voltage (
Vd) was set to 1V or 10V, and the gate voltage (Vg) was swept from -20V to 15V.
図11に各試料のVg-Id特性を示す。なお、600mm×720mmのガラス基板
において、なるべく均等に20個のトランジスタのVg-Id特性を測定した。なお、図
11(A)に実施例試料のトランジスタのVg-Id特性および電界効果移動度を示し、
図11(B)に比較例試料のトランジスタのVg-Id特性を示す。なお、図11(A)
に示す電界効果移動度はドレイン電圧(Vd)が10Vにおける値を示す。また、図11
(B)においては、電界効果移動度の算出が困難であったため省略する。
FIG. 11 shows the Vg-Id characteristics of each sample. Note that the Vg-Id characteristics of 20 transistors were measured as evenly as possible on a 600 mm x 720 mm glass substrate. Note that FIG. 11(A) shows the Vg-Id characteristics and field effect mobility of the transistor of the example sample,
FIG. 11B shows the Vg-Id characteristics of the transistor of the comparative sample. Note that FIG. 11(A)
The field effect mobility shown in is the value when the drain voltage (Vd) is 10V. Also, Figure 11
(B) is omitted because it was difficult to calculate the field effect mobility.
図11(A)より、実施例試料のトランジスタでは、良好なスイッチング特性が得られ
ることがわかった。また、図11(B)より、比較例試料のトランジスタでは、スイッチ
ング特性が得られず、常時オンであることがわかった。
From FIG. 11A, it was found that the transistor of the example sample had good switching characteristics. Further, from FIG. 11(B), it was found that the transistor of the comparative example sample did not have switching characteristics and was always on.
実施例試料との比較により、比較例試料のスイッチング特性不良は、アクリル樹脂から
の放出ガスがトランジスタに影響を及ぼしたためとわかる。具体的には、アクリル樹脂か
らの放出ガスの影響で酸化物半導体膜のキャリア密度が高まり、ゲート電極からの電界に
よってトランジスタをオフすることができなかったためと推察される。
Comparison with the Example sample shows that the poor switching characteristics of the Comparative Example sample is due to the effect of gas released from the acrylic resin on the transistor. Specifically, it is presumed that this is because the carrier density in the oxide semiconductor film increased due to the influence of gas released from the acrylic resin, and the transistor could not be turned off by the electric field from the gate electrode.
本実施例より、有機樹脂を水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜(ここでは厚さ
が200nmの窒化シリコン膜)で覆うと、有機樹脂からの放出ガスによってトランジス
タのスイッチング特性不良が引き起こされることがわかる。また、有機樹脂を覆う、水、
炭化水素などの放出ガスを透過しない膜の一部に、放出ガスの試料外部への抜け道を設け
ることで、当該トランジスタのスイッチング特性不良を回避でき、良好なスイッチング特
性を得られることがわかる。
This example shows that when an organic resin is covered with a film (here, a silicon nitride film with a thickness of 200 nm) that does not transmit emitted gases such as water and hydrocarbons, the emitted gases from the organic resin cause poor switching characteristics of the transistor. I know that it will happen. In addition, water, which covers the organic resin,
It can be seen that by providing a loophole for the released gas to the outside of the sample in a part of the film that does not allow released gases such as hydrocarbons to pass through, poor switching characteristics of the transistor can be avoided and good switching characteristics can be obtained.
101 第1のトランジスタ
102 第1の基板
103 第2のトランジスタ
104 ゲート電極
105 第3のトランジスタ
106 ゲート絶縁膜
107 容量素子
108 半導体層
110 ソース電極
112 ドレイン電極
113 電極
114 第1の層間絶縁膜
116 第2の層間絶縁膜
118 容量電極
120 第3の層間絶縁膜
122 画素電極
124 第1の配向膜
126 隔壁
128 発光層
130 電極
140 ゲートドライバ回路部
142 画素領域
144 ソースドライバ回路部
146 FPC端子部
148 FPC
150 液晶素子
152 第2の基板
153 有色膜
154 遮光膜
156 有機保護絶縁膜
158 対向電極
160 スペーサ
162 液晶層
164 第2の配向膜
166 シール材
170 発光素子
172 充填材
4001 第1の基板
4002 フォトダイオード素子
4014 第1の層間絶縁膜
4016 第2の層間絶縁膜
4020 第3の層間絶縁膜
4024 第1の配向膜
4030 第1のトランジスタ
4032 容量素子
4034 液晶素子
4036 ゲート線
4040 トランジスタ
4052 第2の基板
4056 トランジスタ
4057 ゲート選択線
4058 リセット信号線
4059 映像信号線
4060 第2のトランジスタ
4062 第3のトランジスタ
4071 出力信号線
4084 第2の配向膜
4085 有色膜
4086 有機絶縁膜
4088 対向電極
4096 液晶層
5040 ゲートドライバ回路部
5042 画素領域
8033 留め具
8034 スイッチ
8035 電源スイッチ
8036 スイッチ
8038 操作スイッチ
8630 筐体
8631 表示部
8631a 表示部
8631b 表示部
8633 太陽電池
8634 充放電制御回路
8635 バッテリー
8636 DCDCコンバータ
8637 コンバータ
9300 筐体
9301 ボタン
9302 マイクロフォン
9303 表示部
9304 スピーカ
9305 カメラ
9310 筐体
9311 表示部
9320 筐体
9321 ボタン
9322 マイクロフォン
9323 表示部
101
150
Claims (1)
前記画素部は、
第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上の領域を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の領域を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の領域を有する第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の領域を有する第1の導電層と、を有し、
前記第1の半導体層は、前記第1のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第1の導電層は、画素電極として機能する領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第1の半導体層と接する領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜に設けられた開口部において、前記第3の絶縁膜と接する領域を有し、
前記駆動回路部は、
第2の半導体層と、
前記第2の半導体層上の領域を有する前記第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の領域を有する前記第2の絶縁膜と、を有し、
前記第2の半導体層は、前記第2のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の半導体層と接する領域を有し、
前記第3の絶縁膜は、無機絶縁材料を有し、
前記第3の絶縁膜は、前記第1の半導体層と重なる領域を有し、
前記第3の絶縁膜は、前記第2の半導体層と重ならない領域を有する表示装置。 a pixel portion having a first transistor ; and a drive circuit portion having a second transistor ;
The pixel section is
a first semiconductor layer;
a first insulating film having a region on the first semiconductor layer ;
a second insulating film having a region on the first insulating film;
a third insulating film having a region on the second insulating film;
a first conductive layer having a region on the third insulating film ,
the first semiconductor layer has a channel formation region of the first transistor;
The first conductive layer has a region functioning as a pixel electrode,
The first insulating film has a region in contact with the first semiconductor layer,
The first insulating film has a region in contact with the third insulating film in an opening provided in the second insulating film,
The drive circuit section includes:
a second semiconductor layer;
the first insulating film having a region on the second semiconductor layer ;
the second insulating film having a region on the first insulating film;
the second semiconductor layer has a channel formation region of the second transistor;
The first insulating film has a region in contact with the second semiconductor layer,
The third insulating film includes an inorganic insulating material,
The third insulating film has a region overlapping with the first semiconductor layer,
In the display device , the third insulating film has a region that does not overlap with the second semiconductor layer .
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